肿瘤分子生物学
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精品课件
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、
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
精品课件
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,
主要是病毒感染：如EB病毒﹑乙型肝炎病毒、人乳头状瘤病毒
精品课件
(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
精品课件
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 精品课件
分子肿瘤学
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
精品课件
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
精品课件
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
Oncogene 21; 8536-8540 (2002)
精品课件
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
精品课件
5.原癌基因的甲基化改变
精品课件
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
精品课件
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
染色体重排
Structural/functional change
OOvveerr--exprreessssiioonn
Over-expression or protein with novel activities
精品课件
1.点突变与癌基因
原癌基因
点突变 结构功能的改变
l 癌基因激活的主要方式
l 在基因的编码顺序上一个碱 基对被另一碱基对所置换
精品课件
3. 染色体重排与癌基因
原癌基因
l 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 l 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。 l 染色体易位在血液系统的肿瘤中最 为常见
精品课件
分子肿瘤学
(Molecular Oncology)
朱文
四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室 （TEL: 028-85164041)
精品课件
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
精品课件
肿瘤(tumor)
良性 恶癌性症
(cancer)
Carcinoma
癌
Sarcoma Leukemia
肉瘤
白血病
精品课件
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。
精品课件
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
精品课件
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
精品课件
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
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
精品课件
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
精品课件
致癌物转化为DNA加合物及其后果
精品课件
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
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
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.
精品课件
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结构和中心法则的发现，使肿瘤分wenku.baidu.com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
精品课件
遗传物质的半保留复制理论
TACGATCA
ATATGG ACGGT
TATACC
ATGCGTAGT
GT CATGCCA
l 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
30%的肺癌、50%结肠癌、90%胰腺癌中有K-Ras突 变
精品课件
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)
立了环境致癌和遗传因素与细胞癌变关系
精品课件
(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
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 精品课件
精品课件
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
精品课件
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（v-Src)， 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
l 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
精品课件
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
精品课件
精品课件
人类肿瘤中原癌基因的激活途径
原癌基因
点突变
基因扩增
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DNA甲基化的作用
肿瘤局部相关基因的高甲基化： 肿瘤抑制基 因沉默
精品课件
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,引
起DNA结构的改变
精品课件
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
精品课件
精品课件
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.
染色体重排
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
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
l 癌基因活化的另一种主要方式 l 细胞内一些基因通过不明原因
复制成多拷贝 l 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
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
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、
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,
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 精品课件
分子肿瘤学
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
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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
Oncogene 21; 8536-8540 (2002)
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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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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
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
l 癌基因激活的主要方式
l 在基因的编码顺序上一个碱 基对被另一碱基对所置换
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3. 染色体重排与癌基因
原癌基因
l 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 l 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。 l 染色体易位在血液系统的肿瘤中最 为常见
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分子肿瘤学
(Molecular Oncology)
朱文
四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室 （TEL: 028-85164041)
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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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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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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
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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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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
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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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
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
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结构和中心法则的发现，使肿瘤分wenku.baidu.com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
TACGATCA
ATATGG ACGGT
TATACC
ATGCGTAGT
GT CATGCCA
l 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
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)
立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
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 精品课件
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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
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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（v-Src)， 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
l 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
点突变
基因扩增
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DNA甲基化的作用
肿瘤局部相关基因的高甲基化： 肿瘤抑制基 因沉默
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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,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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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.
染色体重排
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
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
l 癌基因活化的另一种主要方式 l 细胞内一些基因通过不明原因
复制成多拷贝 l 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
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
精品课件
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