染色体畸变和肿瘤的发生
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染色体畸变和肿瘤的发生
细胞癌基因都具有正常的生理功能。维系细胞中信息的顺利传递。基因突
变会改变其产物的结构或表达调控而导致肿瘤的发生,而染色体畸变也会由于
染色体的重排和基因的扩增而使细胞癌变。Rb(视网膜母细胞瘤.retinoblastoma)基因和p53抗癌基因是缺失导致肿瘤产生最的例子,而c-
myc基因表现了癌基因的3种激活途径:反转录病毒的插入,染色体的易位和
基因的扩增。三者的共同特点是癌基因表达的增强,而不是其结构的改变。虽
然在少数情况下其转录本丢失了不翻译的前导顺序,也并不影响其产物结构。
C-myc提供了一个通过增强或改变表达而被激活的癌基因的例子。
一、Rb和P53的缺失导致肿瘤的发生
人类的视网膜母细胞瘤(Rb)原被认为常染色体显性遗传的恶性肿瘤、患者常见于幼儿,发病率为1/1.7~3.4万。约有5%Rb患者检测到13号染色体长臂
缺失(13q14-),现在已弄清在13q14有一抗癌基因RB-1,编码928 aa的核内
磷蛋白,可抑制细胞增殖,当其缺失或突变不仅会引起Rb的产生,还会导致骨
癌和小细胞肺癌的产生。
当一对Rb基因都失活才会导致视网膜母细胞瘤,在遗传型的病例中,个体常常是缺失了一个Rb,还带有一个正常的Rb。但如果其视网膜细胞作为体细胞
丢失了另一个Rb基因拷贝的话就会产生肿瘤。在散发的病倒中亲代的染色体是
正常的,但患者的体细胞中丢失了一对Rb等位基因。几乎半数的Rb患者都是缺失了Rb座位。另一些病例虽具有Rb座位,但不是不能转录,即是发生了突
变。在Rb细胞中是没的RB蛋白产物的,或者其产物失去了正常功能,此是由
于基因突变的结果。
除了Rb以外还有其它一些肿瘤其发病也和染色体缺失有关,如神经母细胞瘤(Neuroblastoma),黑色素瘤(melanoma),肺小细胞癌(lung,small cell Ca),
威尔姆氏,(Wilm's)瘤(一种肾脏恶性胚胎瘤),睾丸瘤(testicular tμmors)
等一些人类的实体瘤患者都发现部分患者存在相应染色体的缺失。
二.反转录病毒的插入激活c-myc癌基因
在人类中,病毒的插入也会引起某些肿瘤的发生。如c-myc原癌基因编码一种转录因子,行使基因调控的功能。但一种缺陷型强致癌的反转录病毒ALV感
染细胞插入到c-myc座位后就可以不同的方式激活这个癌基因,产生游离的肿
瘤。c-myc基因由3个外显子组成,最前面的是一个长的是不翻译的前导顺序,
后面是二个c-myc蛋白的编码区。图19-22表明在c-myc插入顺序的类型。反转录病毒可在不同位置插入c-myc基因。
最简单的情况是ALV插入在第一个内合子中。LTR提供了一个启动子,以
通读的形式转录了2个编码的外显子。在ALV的控制下c-myc的转录与平常不
同:(1)转录水平都超过了正常转录,这是由于LTR的启动子是一个种高效启动子。(2)转录本中没有平常存在的翻译的前导顺序。
插入顺序对c-myc的另二种活化形式反映了不同的机制。反转录基因组可
以插入第一个内含子内,但方向可以不同。其中有一种排列其启动子的方向和c-myc基因的方向相反。有可能病毒的长末端重复顺序(LTR)提供了增强子,可
以作用于其上游的顺序,相当于偶然出现的启动子。反转录病毒的基因组也可
插入在c-myc的下游,但其LTR的增加强子对c-myc的启动子作用,增强了转
录。
在以上的各种情况下c-myc的编码顺序未发生改变,致癌性是由于其失去了正常的控制,增强表达所致。
三易位
1960年Nowell和Hungefora在美国费城发现慢性粒细胞白血病的患者中
有一个很小的近端着丝粒染色体,人们就称此为费城染色体(Philadelphia
chromosome,Ph),Ph染色体已被公认为慢性粒细胞性白血病的特异标记染色体。Riodan O.(1971)用荧光带法鉴别出Ph染色体是22号染色体长臂丢失了1/3而
形成。Rowly(1973)进一步发现缺失的染色体片段易位到9号染色体上。
1982年De Klein等又在Ph染色体上发现有9号染色体的片段,上面带有
癌基因(c-abl),表明Ph是相互易位的产物,癌基因c-abl可能由于位置的改
变而导致表达异常,从而使细胞产生了癌变。
1971年胡德发现小鼠B淋巴细胞15号染色体含有一个癌基因,当易位到
12号染色体时大量合成畸形蛋白而致癌。1972发现人类的白基特(Buvkitt)淋
巴瘤细胞中8号染色体有原癌基因myc,当易位到14号染色体上时与含有强启动子的免疫球蛋白重链基因重排,可促使myc基因的异常表达。另外6号和14
号染色体之间的易位要立生卵巢乳突状癌(ovarian papillary Ca),t(3;8)易
位可产生混合腮瘤等肿瘤。
上面谈到小鼠B淋巴细胞癌和人类的白基特淋巴瘤,其共同特点是在B细胞中一条染色体上的Ig基因易位到另一条染色体上。在T细胞中TcR座位(T
细胞受体,Tcell recepter)发生易位也会产生肿瘤。
易位的结果在激活癌基因的同时也影响了Ig基因的V.C重组(见第二十三章),或IgHC的类别转换,使B细胞或T细胞不能成熟。
在人类B.T细胞中易位引起的肿瘤常和8,14号染色体有关。8号染色体
上带有c-myc,而14号染色体带有IgH座位和TcRα座位,它们分居于14号染色体的两侧(图19-24),约有10%涉及到2号(带有κ链基因)或22号(带有λ链
基因)染色体。在T细胞中的易位还会涉及7号染色体(带有TcRβ)。在小鼠中
也存在类似的情况。
在B细胞中IgH座位的易位有两种类型,一种断裂点发生在V-V-J重组的保守顺序中,另一种发生在类别转换位点,结果影响了B细胞的IgH重组和类
别转换。
当c-myc易位到Ig座位,通常表达水平增加,在有的肿瘤中表达水平的变化范围很大,约为2-10倍。为什么易位可以激活c-myc呢?c-myc潜在的致癌
性可以通过转基因小鼠来证明,将与IgH的增强子相连锁的c-myc基因转入小
鼠中后,小鼠会出现淋巴瘤。此肿瘤存在于成熟和未成熟的B淋巴细胞中。表
明c-myc过量表达是通过B细胞谱系致瘤的。
癌基因常在交互易位的产物中被激活。在B细胞和T细胞中对于各种易位
已鉴别出一些新的癌基因。有时易位的结合会形成一种杂种基因。在这种情况
下原来的转录单位被易位所改变,使一个基因的外显子和另一个基因的外显子相接,这就存在两种潜在的致癌性:(1)原癌基因的一部分和其它部分相脱离,
可能因摆脱某种控制而被激活。例如在新的控制条件下:c-myc失去了第一个
外显示而过度表达。(2)易位后与癌基因融合的另一个基因的部分顺序可能有正
调节功能,如增强子,结果增强了表达。
前面提到的Ph染色体就是一种交互易位产生杂种癌基因的例子。其一部分来自9号染色体片段,长5000Kb,它的未端带有c-abl区域,它与22号染色
体上的bcr(断裂点簇区域,break-point claster region)相接,bcr以前描叙
为22号染色体上常发生断裂的一个长约5.8Kb区域。在CML中此区域的易位连接点有两种(图19-25),易位的结果bcr区域位于一个大的融合基因中(790Kb),
现在称bcr基因。在CML中断裂点常发生在基因中部两个内含中的一个上。这
个基因也因易位产生另一种血癌叫ALL(急性淋巴白血病,acute
lymphoblastic leukemia),在此病中断裂点发生在bcr基因的第一个内合子中。
c-abl与bcr有不同的选择性剪接。易位产生了编码Bcr-Abl融合蛋白的转录本。其N-端顺序是bcr,C-端是c-abl。在ALL中185KD的融合蛋白中有45KD
的Bcr蛋白和140KD的C-Abl蛋白,(C-Abl蛋白完整的部分为154KD),也就是
说它丢失了少量(4KD)的N-端的氨基酸。
为什么这种融合蛋白会致癌呢?那是由于N-端的Bcr区域和C-Abl蛋白相互作用。Bcr有一个可变性的模体,它和信号传递有关,具有Ser/Thr激酶活
性。在此部位的蛋白有自我磷酸化残基。磷酸化后可与C-Abl的SH2(肉瘤基因
同源区2,src homology region-2)功能区相互作用而改变构象,从而激活了
C-Abl潜在的致癌性(图19-25)。
N-端结构的改变也涉及到v-abl致癌性的激活,V-abl是反转录病毒所携带的癌基因。而相应的c-abl基因编码的是一种Tyr激酶蛋白。N-端实际上是
一个调节激酶活性的区域,一旦丢失将导致癌基的激活。