DNA重排与癌症 卿人韦 张年辉 吴俊 主讲人： 卿人韦

DNA重排与癌症 一、DNA重排是造成细胞基因组不稳定的原因 二、DNA重排的检测方法 三、结肠癌细胞中DNA重排 四、个人体会

一、DNA重排是造成细胞基因组不稳定的原因 （一）、人类对癌症的认识：经过100多年的努力，主要历经下列三个阶段 1、环境因素致癌：最杰出的例子是1915年Yamigawa将煤焦油涂在兔的耳朵上导致肿瘤的形成。 2、遗传因素致癌即细胞染色体和基因组变异致癌：最早是基于对肿瘤细胞的细胞学观察，1914年Boveri在恶性肿瘤细胞中发现有丝分裂异常导致染色体改变。染色体分带技术的进步和荧光分带及标记技术应用于研究肿瘤细胞染色体，发现了肿瘤细胞染色体重排及基因突变，1960年Nowell和Hungerford发现费城染色体（Philadelphia, Ph）与慢性粒细胞白血病（chronic myeloid leukemia, CML）密切相关。 3、现代致癌理论：是20世纪70年代以后逐步建立起来的，认为肿瘤和癌症的发生发展是环境因素和遗传因素相互作用的结果。 1952年Boyland第一次证明了致癌物主要作用于DNA而并非蛋白质和酶。 1953年DNA双螺旋的发现为研究基因与肿瘤的关系开创了一个新时代。 1964年Brooks和Lawly用实验证明致癌物可使DNA发生突变，同时也明确了某些致癌物的致癌性与DNA亲和性之间有直接关系。从而为明确环境因素与遗传因素互相作用在肿瘤中的作用奠定了理论和实验的基础。 70年代提出了癌基因假说和抑癌基因假说。 1973年Rowley应用染色体分带技术证明费城染色体是由9号和22号染色体易位重排而形成的，从发现染色体异常到明确发生异常的原因用了13年的时间。

一、DNA重排是造成细胞基因组不稳定的原因 （一）人类对癌症的认识： 3、现代致癌理论：接上。 1982年人类从Harvey和Kirsten肉瘤病毒中分离到第一个癌基因Ras。同年在Burkitt淋巴瘤中发现Myc基因，该基因是通过易位与免疫球蛋白基因重排而激活。造成细胞中Myc过表达形成血癌，进一步研究表明用突变的Ras基因和Myc基因联合转染细胞可以诱导细胞发生恶性转化。 Stanbridge发现用Hela细胞与正常成纤维细胞融合后，融合细胞失去在动物中的致癌能力，但如果融合细胞失去染色体中的11和14号的任何一条，融合细胞则恢复原有的致癌性。 抑癌基因的发现：1987年Dryja克隆出第一个抑癌基因Rb，1989年发现了另一个抑癌基因p53，以后，人们又克隆了如Apc、p16、p21等更多的抑癌基因。 20世纪末，Vogelstein等在对结直肠肿瘤发生的多阶段性进行研究，发现肿瘤细胞中普遍存在着染色体重排、缺失、额外附加及基因突变，并且细胞至少存在两个基因的突变，许多情况下都涉及到Ras与p53，这恰好是癌基因的激活与抑癌基因丢失（失活），才能导致肿瘤的发生和恶化。并且随着肿瘤恶性度的增强，发生变异的基因数目也逐渐增加。 至此，我们对癌症的认识经过100多年的努力，终于从盲人摸象到认识肿瘤和癌 症发生的本质：是由特定的致癌因素导致细胞基因组性质改变，表现为癌基 （oncogene）、抑癌基因（tumor suppressor gene）和DNA修复基因（DNA repair gene）正常状态的变化，而这些变化是由细胞基因组点突变，DNA重排（扩增、 缺失、易位等）或甲基化状态的改变以及细胞染色体数目变化等引起的。

一、DNA重排是造成细胞基因组不稳定的原因 B、倒位； C、不等交换； D、易位； E、转座作用 2、DNA重排在细胞中的表现类型 A、染色体数目变化 B、染色体结构变异； C、即有染色体数目变异又有染色体结构变异

二、结肠癌细胞中DNA重排 （一）材料：The 17 human colorectal carcinoma cell lines （Wheeler, J. M., Beck, N. E., Kim, H. C., Tomlinson, I. P., Mortensen, N. J. & Bodmer, W. F. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 10296–10301.） （二）方法：Spectral karyotyping（SKY，光谱核型分析法）Briefly, whole chromosome paints for each chromosome labeled with different combinations of five fluorescent dyes were hybridized to cell line metaphases, and the fluorescence at each point in the image was analyzed with a spectrometer (Spectracube, Applied Spectral Imaging, Migdal HaEmek, Israel) to determine which chromosome was present. At least 10 metaphases were analyzed. （三）结果：见图1，图2，和表1。 从整体来看，除Y染色体外，几乎所有染色体都出现过易位现象，绝大多数都是非相互易位，易位频率最高的是8和17号染色体。重排的方式既有染色体数目变化，也有染色体的结构变化。同时也发现染色体的重排和非整倍体与p53沉默有一定联系，但p53沉默并不是造成不稳定的必要条件。 1、RER阴性系中：既有显著的染色体数目变异，又有大量的染色体重排，且多是由不平衡的非相互易位引起的。 2、 典型的RER阳性系中：几乎没有染色体数目变异，且染色体重排也出现很少。但仍然表现致癌性，他造成基因组不稳定的机制可能不同。

二、结肠癌细胞中DNA重排 （三）结果：见图1，图2，和表1。 3、非典型的RER阳性系中：染色体重排频率最高，其中也存在平衡的相互易位。 总之，一个典型的结肠癌细胞的核型是近三倍体，且具有多个三体和染色体不稳定性的特征，他们通常是RER阴性，有时也是RER阳性。这个发现跟以前的假设是一致的，即癌细胞基因组不稳定性的这种缺陷反而促进了癌症的发生和恶化。（也许基因组的不稳定性能抑制细胞的程序性死亡）。本实验结果也证明，尽管有多种相互易位，也没有太大的染色体数目变异，也可能导致基因组的不稳定。癌细胞的这些不稳定性似乎导致了基因组的反复交替变化，推测这可能是对那些变化细胞的识别和去掉途径失效。这些途径再加上细胞凋亡是正常细胞对某种疗法响应紧密相关的。 因此，确定基因组不稳定的类型与对药物的敏感性之间的联系是非常有意义的

Fig. 1 Examples of karyotypes of the cell lines given by SKY analysis

Fig. 2 Copy numbers of chromosome segments

Table 1. Genomic changes and variability of the cell lines p53 status: Mut, mutation detected; NF, no mutation found; ND, not done. the replication error (RER)

三、认识癌症发生的遗传本质的意义 四、个人观点 （一）、为肿瘤的早期诊断提供新方法 如建立细胞染色体核型自动化分析和识别技术 （二）、为癌症的基因疗法提供了依据 基因疗法将某一基因片段整合到人体细胞之中，使之获得表达，借以改 造癌细胞基因组，达到治疗的目的。方法主要有： 1、导入抑癌基因 2、应用反义RNA封闭癌基因 3、导入恰当的肿瘤坏死因子基因 4、基因介导的前药激疗法 5、人工合成染色体取代肿瘤细胞中相应的DNA分子 四、个人观点 （一）、引起细胞基因组不稳定的遗传因素如点突变，染色体缺失、易位、附加、转座等变化以及DNA分子的甲基化等可统称为DNA重排。同时基因不稳定反而有促于细胞持续分裂的机制对人工培养细胞获得次生产物有借鉴意义 （二）、肿瘤细胞的细胞学及分子生物学研究领域前景广阔，每取得一步成果对人类的意义重大。

谢谢大家！ 卿人韦 张年辉 吴俊