肿瘤分子生物学(教学课件)
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了环境致癌和遗传因素与细胞癌变关系
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(一）外界因素
1. 化学因素: (1) 烷化剂：如有机农药、硫芥等 (2) 多环芳香烃化合物：3﹑4-苯并芘 (3) 氨基偶氮类：染料类 (4) 亚硝胺类 (5) 真菌毒素和植物毒素：黄曲霉菌、苏铁素等 (6) 其他：重金属 2. 物理因素 (1) 电离辐射 (2) 紫外线 (3) 其他：石棉纤维﹑滑石粉 3. 生物因素
被动） 近40余年, 美国政府耗资1000亿用于肿瘤的研
究和治疗 原因: 基因组改变—信号转导异常—细胞转
化—细胞恶性增殖等的机制不确定
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肿瘤发病机理的研究历史
1775年:英国内科医生Percival Pott 发现肿瘤的发生与环境因素有关 1838年: Muller 首次提出肿瘤发生是由于正常细胞结构破坏的 累积所致,
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致癌物转化为DNA加合物及其后果
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病毒对DNA分子的损伤
RNA病毒基因整 合到细胞DNA的 基因组上,引起基 因的突变
精品 PPT
DNA损伤使DNA分子的结构﹑性质和功能发 生改变
维持DNA损伤的存在和积累, 存在于DNA分子 上的基因就会改变
基因的改变
细胞癌变
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导致实验肿瘤学的诞生 1952年: Boyland 第一次证明了致癌物主要作用于DNA而非酶和蛋白质 1964年: Brooks用实验证明致癌物可以使DNA发生突
变, 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 1969年: Harris 提出恶性肿瘤中可能有一种抑制肿瘤恶性生长的基因 1970年: 认为肿瘤的发生﹑发展是环境和遗传因素相互作用的结果， 确立
TACGATCA
ATAT G G
G TAC G G T
TATAC C
CAT G C CA
ATGCGTAGT
遗传物质DNA通过半保留复制法, 将亲本的遗 传物质 分别完全一样传送入两个子代细胞中, 保 证了遗传的稳定性
精品 PPT
DNA 分子的结构改变
DNA 分子的自发断裂和碱基的丢失 DNA的自我复制造成的错误 各种各样的致癌剂对DNA分子的损伤 病毒的DNA分子可整合到细胞的DNA中去,
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.
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1982年Weinberg等通过基因转染技术从不同的 人膀胱癌细胞系中分离到具有致癌活性的活化 癌基因H-ras，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
DNA甲基化
DNA甲基化是一种表观遗传修饰，它是由DNA甲 基转移酶（DNA methyl-transferase, Dnmt）催 化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转变 为5-甲基胞嘧啶（mC）的一种反应
在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的 化学性修饰碱基
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在人类基因组DNA中，约3％～4%的胞嘧啶 碱基以5-甲基胞嘧啶形式存在
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原癌基因的特点
广泛存在于生物界中，从酵母到人的细胞普遍存在 在进化进程中，基因序列呈高度保守性 它的作用是通过其表达产物蛋白质来体现的；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 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 在某些因素（如放射线、某些化学物质等）作用下，一 旦被激活，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
30%的肺癌、50%结肠癌、90%胰腺癌中有K-Ras突 变
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点突变的检测方法
限制性内切酶长度多态性（restriction endonuclease fragement longth polymophism, REFLP)
单链构向多态性（single strand conformation polymorphism, SSCP)
肿瘤的特点
1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) 2侵袭﹑转移 3威胁生命﹑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，能规避人体精 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 6 进化出对免疫系统监视的抵抗力。
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目前肿瘤治疗的现状
诊断：中、晚期 治疗：放射治疗、化学治疗、手术治疗（盲目、
应用分子生物学理论阐明肿瘤发生﹑发展及其 本质, 运用分子生物学技术研究肿瘤相关基因及 其表达产物在肿瘤发生、发展中的作用, 为肿瘤 的预防﹑诊断和治疗提供新措施的一门学科
从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
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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: 1. 肿瘤相关基因的克隆和功能分析 2. 细胞信号传导通路 3. 细胞周期调控
DNA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,是细胞癌变过程中的 重要一步
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肿瘤中DBaidu NhomakorabeaA甲基化的作用
大约70％～80％的5-甲基胞嘧啶存在于CpG序 列中，CpG二核苷酸集中的区域称之为CpG岛
限制性内切酶HapII 和MspI 均能识别CCGG, 但不能识别 Cm CmGG
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DNA甲基化的生物学功能
通过基因启动子区及附近区域CpG岛胞嘧啶 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，去甲基化又可恢复其表 达
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3. 染色体重排与癌基因
原癌基因
原癌基因中染色体某一部分从一 个位置移动到另一位置, 使原癌基因 的结构改变, 使原癌基因激活, 这种 改变称为基因重排
通过对肿瘤组织和细胞系的染色 体分析，发现在各种肿瘤中都有染 色体结构的异常。
染色体易位在血液系统的肿瘤中 最为常见
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染色体重排
分子肿瘤学
(Molecular Oncology)
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肿瘤 (Tumor)
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 生与异常分化所形成的新生物
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肿瘤(tumor)
良性
恶癌性症
(cancer)
Carcinoma
癌
Sarcoma Leukemia
肉瘤
白血病
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在基因的编码顺序上一个碱 基对被另一碱基对所置换
乳腺癌﹑ 肺癌﹑ 肝癌﹑ 结 肠癌等癌细胞中均发现了H-ras 原癌基因的点突变
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癌基因变异方式和活化
点突变经常可以在Ras原癌基因家族(K-Ras,HRAS,N-Ras)中检测到
人类肿瘤中主要是K-ras第12位密码子GGC变为 GTC,编码的氨基酸由甘氨酸变为颉氨酸，这样其 产物p21-Ras蛋白的结构发生变化而导致基因的 活化
目前已发现100多种癌基因包括Ras、c-myc、 Bcl-2等
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原癌基因的种类
生物学功能
生长因子受体 信号转导分子 转录因子 细胞程序性死亡及凋亡
蛋白 细胞周期蛋白
存在位置
细胞核 细胞浆 细胞膜 分泌到胞外
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人类肿瘤中原癌基因的激活途径
原癌基因
肿瘤是一种环境因素与遗传因素相互作用导致的疾病, 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
肿瘤的发生是由于细胞中基因改变积累的结果，包括 （1）癌基因的激活、过度表达 （2）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 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 肿瘤易感性
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Oncogene 21; 8536-8540 (2002)
4. 基因缺失与癌基因
肿瘤细胞中常发现有原癌基因DNA片段缺失， 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 似于正常的刺激信号，导致细胞的过度增殖
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5.原癌基因的甲基化改变
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癌基因研究的发展历史
1969年, Rous医生等在研究鸡肉瘤时发现罗氏肉瘤病毒 （Rous Sarcoma Virus, RSV)
1975年, Bishop 从RSV中分离到第一个病毒癌基因（vSrc)，Src基因编码60-kDa 的酪氨酸蛋白激酶
1976年, Sehelin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v-Src的同源序列c-Src
引起DNA结构的改变
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DNA分子结构改变最基本的方式
碱基对的改变的主要形式有: 替代、 缺失、 插入、 颠换
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致癌剂对DNA分子的损伤
碱基二聚体形成 碱基加合物形成 碱基缺失 碱基取代和碱基错配
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致癌剂对DNA的损伤
DNA加合物的形成是DNA分子结构改变的重要方式之一
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癌基因(Oncogene)
Oncogenes are essential for human life activity, whose normal function is to control cellular growth and differentiation /apoptosis or, in different terms, cell birth and cell death. Correspondingly, their structural and/or functional alterations lead uncontrolled cellular growth and abnormal differentiation/apoptosis
点突变
基因扩增
染色体重排
Structural/functional change
OOvveerr--exprreessssiioonn
Over-expression or protein with novel activities
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1.点突变与癌基因
原癌基因
点突变 结构功能的改变
癌基因激活的主要方式
主要是病毒感染：如EB病毒﹑乙型肝炎病毒、人乳头状瘤病毒
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(二）内在因素
1. 遗传因素（DNA损伤修复功能） 2. 内分泌因素 3. 免疫因素
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基因组遗传型、表型和环境的相互作用
人 类 基 因 组
环 境 因 素
物理因素 化学因素 生物因素
体内微环境
做“人”很难 精品 PPT
分子肿瘤学
Over-expression or protein with novel activities
Translocations-Bcr/Abl
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) chromosomes
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原癌基因（proto-oncogene)
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, 是调控细胞增殖与分化 的一类基因,当基因结构和功能发生变异并使细 胞发生恶性转化时，这样的基因才叫癌基因 (oncogene). 由于细胞癌基因在正常细胞中以 非激活形式存在，故又称为原癌基因.
寡核苷酸探针杂交 变性高压液相色谱（DHPLC） PCR直接测序
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2. DNA扩增和癌基因
原癌基因
基因扩增
Over-expression
癌基因活化的另一种主要方式 细胞内一些基因通过不明原因 复制成多拷贝 原癌基因拷贝数的增加会导致 基因产物的增加, 从而引起细 胞正常功能的紊乱 原癌基因myc, erbB 和Ras的扩 增在人 类肿瘤中最为常见
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肿瘤产生的分子基础
1953年沃森和克里克提出了DNA 的双螺 旋结构，他们在Nature上写道:这种结构具 有在生物学上相当重要的新特征
DNA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,为研究 基因缺陷与肿瘤的关系开创了一个新时代
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遗传物质的半保留复制理论
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(一）外界因素
1. 化学因素: (1) 烷化剂：如有机农药、硫芥等 (2) 多环芳香烃化合物：3﹑4-苯并芘 (3) 氨基偶氮类：染料类 (4) 亚硝胺类 (5) 真菌毒素和植物毒素：黄曲霉菌、苏铁素等 (6) 其他：重金属 2. 物理因素 (1) 电离辐射 (2) 紫外线 (3) 其他：石棉纤维﹑滑石粉 3. 生物因素
被动） 近40余年, 美国政府耗资1000亿用于肿瘤的研
究和治疗 原因: 基因组改变—信号转导异常—细胞转
化—细胞恶性增殖等的机制不确定
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肿瘤发病机理的研究历史
1775年:英国内科医生Percival Pott 发现肿瘤的发生与环境因素有关 1838年: Muller 首次提出肿瘤发生是由于正常细胞结构破坏的 累积所致,
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致癌物转化为DNA加合物及其后果
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病毒对DNA分子的损伤
RNA病毒基因整 合到细胞DNA的 基因组上,引起基 因的突变
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DNA损伤使DNA分子的结构﹑性质和功能发 生改变
维持DNA损伤的存在和积累, 存在于DNA分子 上的基因就会改变
基因的改变
细胞癌变
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导致实验肿瘤学的诞生 1952年: Boyland 第一次证明了致癌物主要作用于DNA而非酶和蛋白质 1964年: Brooks用实验证明致癌物可以使DNA发生突
变, 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 1969年: Harris 提出恶性肿瘤中可能有一种抑制肿瘤恶性生长的基因 1970年: 认为肿瘤的发生﹑发展是环境和遗传因素相互作用的结果， 确立
TACGATCA
ATAT G G
G TAC G G T
TATAC C
CAT G C CA
ATGCGTAGT
遗传物质DNA通过半保留复制法, 将亲本的遗 传物质 分别完全一样传送入两个子代细胞中, 保 证了遗传的稳定性
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DNA 分子的结构改变
DNA 分子的自发断裂和碱基的丢失 DNA的自我复制造成的错误 各种各样的致癌剂对DNA分子的损伤 病毒的DNA分子可整合到细胞的DNA中去,
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.
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1982年Weinberg等通过基因转染技术从不同的 人膀胱癌细胞系中分离到具有致癌活性的活化 癌基因H-ras，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
DNA甲基化
DNA甲基化是一种表观遗传修饰，它是由DNA甲 基转移酶（DNA methyl-transferase, Dnmt）催 化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将胞嘧啶转变 为5-甲基胞嘧啶（mC）的一种反应
在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的 化学性修饰碱基
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在人类基因组DNA中，约3％～4%的胞嘧啶 碱基以5-甲基胞嘧啶形式存在
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原癌基因的特点
广泛存在于生物界中，从酵母到人的细胞普遍存在 在进化进程中，基因序列呈高度保守性 它的作用是通过其表达产物蛋白质来体现的；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 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 在某些因素（如放射线、某些化学物质等）作用下，一 旦被激活，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
30%的肺癌、50%结肠癌、90%胰腺癌中有K-Ras突 变
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点突变的检测方法
限制性内切酶长度多态性（restriction endonuclease fragement longth polymophism, REFLP)
单链构向多态性（single strand conformation polymorphism, SSCP)
肿瘤的特点
1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) 2侵袭﹑转移 3威胁生命﹑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，能规避人体精 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 6 进化出对免疫系统监视的抵抗力。
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目前肿瘤治疗的现状
诊断：中、晚期 治疗：放射治疗、化学治疗、手术治疗（盲目、
应用分子生物学理论阐明肿瘤发生﹑发展及其 本质, 运用分子生物学技术研究肿瘤相关基因及 其表达产物在肿瘤发生、发展中的作用, 为肿瘤 的预防﹑诊断和治疗提供新措施的一门学科
从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
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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: 1. 肿瘤相关基因的克隆和功能分析 2. 细胞信号传导通路 3. 细胞周期调控
DNA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,是细胞癌变过程中的 重要一步
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肿瘤中DBaidu NhomakorabeaA甲基化的作用
大约70％～80％的5-甲基胞嘧啶存在于CpG序 列中，CpG二核苷酸集中的区域称之为CpG岛
限制性内切酶HapII 和MspI 均能识别CCGG, 但不能识别 Cm CmGG
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DNA甲基化的生物学功能
通过基因启动子区及附近区域CpG岛胞嘧啶 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，去甲基化又可恢复其表 达
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3. 染色体重排与癌基因
原癌基因
原癌基因中染色体某一部分从一 个位置移动到另一位置, 使原癌基因 的结构改变, 使原癌基因激活, 这种 改变称为基因重排
通过对肿瘤组织和细胞系的染色 体分析，发现在各种肿瘤中都有染 色体结构的异常。
染色体易位在血液系统的肿瘤中 最为常见
精品 PPT
染色体重排
分子肿瘤学
(Molecular Oncology)
精品 PPT
肿瘤 (Tumor)
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 生与异常分化所形成的新生物
精品 PPT
肿瘤(tumor)
良性
恶癌性症
(cancer)
Carcinoma
癌
Sarcoma Leukemia
肉瘤
白血病
精品 PPT
在基因的编码顺序上一个碱 基对被另一碱基对所置换
乳腺癌﹑ 肺癌﹑ 肝癌﹑ 结 肠癌等癌细胞中均发现了H-ras 原癌基因的点突变
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癌基因变异方式和活化
点突变经常可以在Ras原癌基因家族(K-Ras,HRAS,N-Ras)中检测到
人类肿瘤中主要是K-ras第12位密码子GGC变为 GTC,编码的氨基酸由甘氨酸变为颉氨酸，这样其 产物p21-Ras蛋白的结构发生变化而导致基因的 活化
目前已发现100多种癌基因包括Ras、c-myc、 Bcl-2等
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原癌基因的种类
生物学功能
生长因子受体 信号转导分子 转录因子 细胞程序性死亡及凋亡
蛋白 细胞周期蛋白
存在位置
细胞核 细胞浆 细胞膜 分泌到胞外
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人类肿瘤中原癌基因的激活途径
原癌基因
肿瘤是一种环境因素与遗传因素相互作用导致的疾病, 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
肿瘤的发生是由于细胞中基因改变积累的结果，包括 （1）癌基因的激活、过度表达 （2）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 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 肿瘤易感性
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Oncogene 21; 8536-8540 (2002)
4. 基因缺失与癌基因
肿瘤细胞中常发现有原癌基因DNA片段缺失， 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 似于正常的刺激信号，导致细胞的过度增殖
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5.原癌基因的甲基化改变
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癌基因研究的发展历史
1969年, Rous医生等在研究鸡肉瘤时发现罗氏肉瘤病毒 （Rous Sarcoma Virus, RSV)
1975年, Bishop 从RSV中分离到第一个病毒癌基因（vSrc)，Src基因编码60-kDa 的酪氨酸蛋白激酶
1976年, Sehelin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v-Src的同源序列c-Src
引起DNA结构的改变
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DNA分子结构改变最基本的方式
碱基对的改变的主要形式有: 替代、 缺失、 插入、 颠换
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致癌剂对DNA分子的损伤
碱基二聚体形成 碱基加合物形成 碱基缺失 碱基取代和碱基错配
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致癌剂对DNA的损伤
DNA加合物的形成是DNA分子结构改变的重要方式之一
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癌基因(Oncogene)
Oncogenes are essential for human life activity, whose normal function is to control cellular growth and differentiation /apoptosis or, in different terms, cell birth and cell death. Correspondingly, their structural and/or functional alterations lead uncontrolled cellular growth and abnormal differentiation/apoptosis
点突变
基因扩增
染色体重排
Structural/functional change
OOvveerr--exprreessssiioonn
Over-expression or protein with novel activities
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1.点突变与癌基因
原癌基因
点突变 结构功能的改变
癌基因激活的主要方式
主要是病毒感染：如EB病毒﹑乙型肝炎病毒、人乳头状瘤病毒
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(二）内在因素
1. 遗传因素（DNA损伤修复功能） 2. 内分泌因素 3. 免疫因素
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基因组遗传型、表型和环境的相互作用
人 类 基 因 组
环 境 因 素
物理因素 化学因素 生物因素
体内微环境
做“人”很难 精品 PPT
分子肿瘤学
Over-expression or protein with novel activities
Translocations-Bcr/Abl
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) chromosomes
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原癌基因（proto-oncogene)
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, 是调控细胞增殖与分化 的一类基因,当基因结构和功能发生变异并使细 胞发生恶性转化时，这样的基因才叫癌基因 (oncogene). 由于细胞癌基因在正常细胞中以 非激活形式存在，故又称为原癌基因.
寡核苷酸探针杂交 变性高压液相色谱（DHPLC） PCR直接测序
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2. DNA扩增和癌基因
原癌基因
基因扩增
Over-expression
癌基因活化的另一种主要方式 细胞内一些基因通过不明原因 复制成多拷贝 原癌基因拷贝数的增加会导致 基因产物的增加, 从而引起细 胞正常功能的紊乱 原癌基因myc, erbB 和Ras的扩 增在人 类肿瘤中最为常见
精品 PPT
肿瘤产生的分子基础
1953年沃森和克里克提出了DNA 的双螺 旋结构，他们在Nature上写道:这种结构具 有在生物学上相当重要的新特征
DNA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,为研究 基因缺陷与肿瘤的关系开创了一个新时代
精品 PPT
遗传物质的半保留复制理论