第10讲基因与癌症
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癌症遗传机制的生物学基础解析癌症是一类复杂而严重的疾病,其发生和发展涉及到多种因素,包括遗传因素。
对癌症遗传机制的深入理解可以帮助我们更好地认识和治疗这一疾病。
本文将对癌症遗传机制的生物学基础进行解析。
1. 基因突变与癌症基因突变是癌症发生的主要原因之一。
细胞内的基因组受到各种外界和内在因素的影响,从而导致基因发生突变。
这些突变可能会导致细胞失去正常的生长和分化控制机制,从而形成肿瘤。
2. 癌症相关基因的发现通过对癌症发生和发展过程中的基因变化进行研究,科学家们发现了一些与癌症相关的基因。
例如,TP53基因被认为是最常见的癌症相关基因之一,它编码的蛋白质可以参与细胞周期的调控和DNA损伤修复。
当TP53基因发生突变时,细胞对于异常增殖和DNA损伤的反应能力将会受到影响,从而导致癌症的发生。
3. 癌症的遗传易感性除了上述的基因突变,个体的遗传易感性也对癌症的发生起到重要的作用。
一些家族性癌症病例揭示了一些人群对于特定类型的癌症具有遗传易感性。
比如,乳腺癌和卵巢癌在一些家族中呈现出较高的发生率,这提示遗传因素在其中的作用。
4. 癌症的致癌基因和抑癌基因在癌症发生和发展的过程中,和细胞分裂、DNA修复、凋亡等相关的基因起到了重要的作用。
一些致癌基因如RAS和myc等,它们可以促进细胞增殖和抵抗细胞凋亡。
与之相对应的,人体中还存在一些抑癌基因,如p16和BRCA1等,它们可以限制细胞的异常增殖和促进细胞的凋亡。
5. 癌症的遗传测序和个性化治疗随着遗传学和生物技术的发展,人们可以通过对个体基因组的测序来了解其对于癌症的易感性,并根据个体的遗传信息制定个性化的治疗方案。
这为癌症的治疗带来了新的可能性。
综上所述,癌症的发生和发展涉及到多种遗传机制,包括基因突变、遗传易感性、致癌基因和抑癌基因的功能异常等。
对这些遗传机制的深入研究有助于我们更好地理解和治疗癌症,同时也为个性化治疗策略的制定提供了理论依据。
然而,目前对于癌症遗传机制的认识仍然有限,后续的研究仍然任重道远。
基因与肿瘤的关系可能提供癌治疗的新途径。
持保留态度的人则认为癌变是一个多阶段的过程,把它看作只需要一个癌基因的激活的结果似乎是过于简单化了。
尤其是在正常细胞中癌基因也并不是完全不表达的。
这一现象的发现使问题更为复杂化。
迄今为止,已分离的癌基因多与致癌的RNA病毒有关,而且都是依据它们对小鼠成纤维细胞转化受体系统的致癌活性来判定的当前细胞生物学研究的热点课题中,我最感兴趣的是基因与肿瘤的关系,因为在当今社会,肿瘤的发病率越来越高,且其死亡率也居高不下。
那么到底是什么导致其愈演愈烈的趋势呢?我认为这个话题与人类的生活有着密不可分的关系。
所以进行以下学习和探讨。
细胞微环境的变化,包括基因甲基化的变异以及各种特定基因表达的异常都和疾病发生有关。
越来越多的证据显示基因表达的异常将导致各种疾病的发生,尤其是肿瘤形成。
基因是DNA分子上的一个个片段,经过转录和翻译能合成一条完整的多肽链。
肿瘤的形成涉及到有关蛋白质及其复合物的结构、功能和相互作用异常。
(一)癌基因的激活与肿瘤的发生癌基因是细胞内控制细胞生长和分化的基因,它的结构异常或表达异常,可以引起细胞癌变;病毒癌基因存在于病毒基因组中的癌基因,它不编码病毒的结构成分,对病毒复制也没有作用,但可以使细胞持续增殖;细胞癌基因存在于生物正常细胞基因组中的癌基因,或称原癌基因。
癌基因可以分成两大类:一类是病毒癌基因,指反转录病毒的基因组里带有可使受病毒感染的宿主细胞发生癌变的基因,简写成V-OnC;另一类是细胞癌基因,简写成c—onc,又称原癌基因(proto-oncogene),这是指正常细胞基因组中,一旦发生突变或被异常激活后可使细胞发生恶性转化的基因。
换言之,在每一个正常细胞基因组里都带有原癌基因,但它不出现致癌活性,只是在发生突变或被异常激活后才变成具有致癌能力的癌基因。
癌基因有时又被称为转化基因(transforming gene),因为已活化的癌基因或是从肿瘤细胞里分离出来的癌基因,可将已建株的NIH3T3小鼠成纤维细胞或其他体外培养的哺乳类细胞,转化成为具有癌变特征的肿瘤细胞。
基因与癌症的发生与治疗在电影《千钧一发》中,虚构了一个这样的世界:基因筛选大行其道,许多父母都会寻求生殖技术的辅助,生出“完美”的孩子——漂亮、高智商、健康长寿,没有基因缺陷。
人们依据基因去预测一个人的未来,完美的基因就是最光鲜的履历。
虽然电影中的情节在伦理上尚有探讨空间,但的确反映了基因对我们的重要性。
基因与人类的许多疾病,包括癌症,有着密不可分的关系。
不同的基因型,可能左右着我们患上癌症的风险,或影响着病人对治疗药物的反应。
基因突变与癌症的发生基因是带有遗传信息的DNA片段,存在于人体几乎每一个细胞里。
每时每刻人体都在新陈代谢,细胞也在不断死亡和新生,而你之所以还是你,是因为你的基因在严格地复制,使遗传信息在新老细胞间忠实地传递着。
然而,人类的基因组中约有30亿个碱基对,每一次细胞分裂,都要一一复制,难免会出现一些差池,导致一些基因不能复制如初,发生突变。
如果这些突变发生在特定的某些位点上,就有可能使一个正常的细胞脱离正轨,成为癌细胞。
我们可以将发生在人体中的突变分为两种:生殖系突变(或遗传突变)和体细胞突变。
顾名思义,生殖系突变是生殖细胞中的突变,由父母突变的生殖细胞孕育出的子代个体,全身都带有这样的突变,也可以遗传给后代。
(图片来源:网络)以上图为例,父亲的全部细胞(A)或部分细胞(B)或仅生殖细胞(C)中带有某突变,假设他的孩子继承了这一突变,那么孩子全身的细胞都带有该突变,当然也包括孩子的生殖细胞,因此这样的突变可能一代一代不断传承下去。
家族性的遗传疾病就是通过这种方式世代相传的。
一个有名的例子是影星安吉丽娜·朱莉,通过基因检测,确定她携带遗传缺陷基因BRCA1,医生估测她患乳腺癌和卵巢癌的几率分别为87%和50%。
朱莉权衡后,最终选择切除双侧乳腺、卵巢和输卵管,以降低患癌风险。
而体细胞突变则是后天获得的,通常只存在于身体的特定部位或组织,也不遗传给后代。
(图片来源:网络)上图所示,由于环境的影响等因素,孩子在发育中意外获得了父母没有的某种突变。
第二十八章致癌基因与癌症所有高等真核生物一个主要的特征是机体生命期的有限性,即便是生长和分裂规律性极强的单个体细胞也是如此。
然而,癌细胞却是一个特例,它们是失去正常生长控制的一类变种细胞。
癌细胞可以在不适宜的位点生长或无限繁殖。
这对于它们的宿主机体可能是致命的。
当细胞永生(Immortalization)时会发生三种类型的变化(图28.1):•无限繁殖(Metastasis),即具有无限生长的特性(此时在表型中不一定有其它变化)。
•转化(Transformation)指难以观察到生长的正常限制因素。
例如,转化细胞不再需要细胞生长所需的一些因子。
•转移(Matestasis)指癌细胞获得侵染正常组织的能力,这样癌细胞才能从原组织中转移并在体内的其它细胞或组织中生长。
为了研究使细胞不受正常控制产生肿瘤的异常特征,我们需要在体外比较正常细胞和转化细胞的生长特点。
转化细胞的体外培养比较容易,但它们对应的正常细胞的体外培养则非常困难。
当细胞被从脊椎动物的体内取出转移到培养基上培养时,它们会分裂几个循环,但此后会进入衰老(Senescent)阶段,细胞生长终止。
随后细胞进入危机期(Crisis)而死亡。
能生存下来的细胞具有了无限分裂的能力,但在这一过程中它们的特性已经发生了改变。
危机期的特点了解甚少,而且也不了解那些使细胞适应在培养基上生长的分子变化,但原则上,这些构成了无限繁殖的过程(转择的特性因种和组织的不同而异。
一般来说,鼠细胞在~12代度过危机期。
尽管人细胞很少能体外生长,而仅有某些特殊种类的人细胞能够生长,事实上人细胞在~40代进入危机期)。
由于危机期存在,大多细胞有有限的生命期,这可使我们从两方面研究未转化细胞,但均不完美:•原始细胞是直接从机体中取出的细胞的下一代。
它们如实地模仿体外表型,但大多情况下只能存活很短一段时期,因为培养基在危机期被用尽。
•度过危机期的细胞形成非致癌细胞系(Nontumorigenic cell line)。