分子肿瘤概论(研究生课件)

分子肿瘤概论重庆医科大学病理教研室王娅兰教授 博士生导师 分子肿瘤概论一 有关肿瘤的基本概念 复习 肿瘤 tumor neoplasm 基因水平调控失常异常增生新生物肿瘤生物学行为 浸润 转移能力浸润 invasion 起源处迁移侵入周围邻近组织 转移 metastasis 从原发部位血管 淋巴管 体腔它处继续生长与原发瘤同样类型肿瘤 转移瘤或继发瘤 转移的途径 2 Hematogenenousmetastasis全身脏器 3 Transcoelomicmetastasis体腔内脏器 脱落种植 医源性种植 浸润生长 恶性肿瘤生长的特点肿瘤转移过程必经的第一步 肿瘤的组织结构实质 parenchyma 间质 mesenchyma stroma 肿瘤间质的主要成分1 血管小血管毛细血管血窦样血管球样 新的肿瘤血供模式 血管生成拟态 vasculogenicmimicry VM 1999年 美国学者Maniotis等一种完全不同于经典血管生成的微循环模式 小管状 似血管 管壁主要由基底膜 PAS阳性 围成 外衬以肿瘤细胞 腔内有血浆和红细胞流动 管道与内皮性血管相通多存在于高度恶性肿瘤 血管生成拟态 vasculogenicmimicry 肿瘤细胞构成有基底膜小管状 似血管 与血管交通 2 结缔组织间质 1 纤维和基质胶原纤维常规HE 红特殊化学染色VG改良法 红Masson 兰色构成成分IIIIII型胶原原纤维又由相应原纤维分子构成免疫组化或分子生物学方法可区别 弹力纤维常规HE 淡红色特殊化学染色Weigert或Verhceff 暗兰或黑色 弹力酶消化后阴性 网状纤维银染 黑色 故也称嗜银纤维 PAS 强阳性 成分胶原蛋白为主要成分细胞间质网状纤维 型胶原蛋白基底膜网状纤维 型胶原蛋白和层黏连蛋白 laminin 纤维黏连蛋白Fibronectin FN 作用A 连接基质中各种成分B 介导细胞外基质成分与细胞表面连接黏蛋白又称蛋白多糖 proteoglycan 如透明质酸 硫酸肝素等骨黏素 osteonectin 2 基底膜 basementmembrane BM 多种成分与疾病 肿瘤浸润 关系密切 型胶原 不形成纤维 与 型胶原不同层黏连蛋白 laminin LM 有与细胞膜LM受体相结合的位点 3 细胞成分固有的细胞成分 纤维母细胞和纤维细胞 肌纤维母细胞 间充质细胞 巨噬细胞 树突状细胞 反应性细胞成分各种细胞浸润 淋巴细胞最常见 浆细胞 巨噬细胞都属免疫活性细胞 二 肿瘤浸润 转移的分子机制 一 肿瘤细胞的浸润转移1 肿瘤细胞增殖和扩展浸润转移的前提和基础2 肿瘤血管生成 tumorangiogenesis 肿瘤浸润转移的必要条件 3 肿瘤细胞分离脱落 与细胞外基质黏附 1 瘤细胞表面负电荷增加 2 瘤细胞黏附力的改变 瘤细胞自身结构异常 瘤细胞同质黏附力下降指同种瘤细胞之间的黏附力 瘤细胞异质黏附力增加指肿瘤细胞与其它不同细胞及间质的黏附力同质黏附力降低 有利于肿瘤细胞分离 异质黏附力的增加 有利于瘤细胞与基底膜 间质成分粘附并穿过这些组织均由黏附分子介导通过配 受体之间的识别和结合实现 3 肿瘤黏附分子 adhesionmolecules 细胞表面结构 钙黏蛋白 cadherin 又称为钙连接素 钙黏素 依赖细胞外钙介导钙离子依赖性细胞与细胞 同源细胞 的黏附据分布不同E 钙黏蛋白P 钙黏蛋白N 钙黏蛋白H cad 整合素 integrin 细胞表面糖蛋白 约有20多个亚型 各种肿瘤细胞表面整合素种类不同 肿瘤生长各个阶段表达水平也不同作用a 介导细胞与细胞外基质的黏附b 参与不同细胞之间的黏附连接C 扮演细胞信号传递的角色配体 整合素 细胞骨架蛋白跨膜信息传导系统 免疫球蛋白超基因家族 immunoglobulinsuperfamily 主要参与细胞与细胞间的连接ICAM 1 细胞间黏附分子 1 VCAM 1 血管黏附因子 NCAM 神经细胞黏附因子 其它包括CEA DCC 选择素 selectin 内源性植物凝血素 凝集素 作用介导内皮细胞 血小板与瘤细胞黏附选择素家族包括 P selectinE selectinL selectin CD44及其它CD44 透明质酸受体 介导细胞与细胞外基质粘附路易斯寡糖 SLEX s LewisX 血管内皮细胞E 选择素的配体 4 瘤细胞的迁移 migration 及化学趋向性 1 瘤细胞的运动黏附 肌动蛋白 微管 中间丝 2 瘤细胞运动的调节 据其作用 大致可分为两大类 仅影响运动的因子迁移刺激因子 MSF 既影响运动又影响生长的因子AMF 自分泌运动因子 HGF SF 肝细胞生长因子 分散因子 3 瘤细胞的化学趋向性21KD的蛋白质骨吸收因子 5 细胞外基质的降解 1 肿瘤浸润细胞外基质的步骤Liotta1986年提出第一步黏附于基底膜或其他间质成分第二步分泌蛋白酶并激活 降解瘤细胞邻近的细胞外基质第三步进入受蛋白酶降解的基质区域内 2 肿瘤细胞产生的蛋白水解酶 丝氨酸蛋白酶类及其抑制因子纤维蛋白溶解酶 纤溶酶 纤溶酶原a 降解基质如纤维蛋白 FN LM 蛋白多糖b 激活胶原酶胶原降解 尿激酶型纤溶酶原激活剂 urokinase typeplasminogenactivator u PA 系统A u PA 介导细胞周围基质蛋白的降解B u PA受体 u PAR 及纤溶酶原受体活化u PA原酶形式的u PA纤溶酶原 纤溶酶原受体纤溶酶 C PAI PA抑制剂 PAI1是u PA的主要抑制剂PAI2不同肿瘤表达意义不一PAI3功能不清 基质金属蛋白酶 matrixmetalloproteinases MMP 及其抑制因子需钙 锌离子作辅助因子MMP分类胶原酶 如间质胶原酶 Collagenase 明胶酶 如明胶酶A gelatinaseA 间质溶素 如间质溶素1 2膜型基质金属蛋白酶 型 可分别降解ECM中各种不同成分ECM降解的主要蛋白水解酶类金属蛋白酶抑制物TIMP 1 TIMP 2浸润与否取决于MMP与TIMP的对比MMP TIMPECM降解才能成为可能 胱氨酸蛋白酶类CathepsinB作用降解ECM中各种胶原 LM FN 黏蛋白激活间质胶原酶和IV型胶原酶 天 门 冬氨酸蛋白酶cathepsinD E在肿瘤浸润转移中的作用CD表达的调节 6 瘤细胞以主动方式入循环管道并形成栓子微小淋巴管 微小静脉壁缝隙血管基底膜缺损瘤细胞存在形式单个成团同类癌栓异类癌栓黏附分子对其发挥调节作用 7 在特定器官的毛细血管滞留并黏着 再次穿过血管壁并定居 增殖器官特异性 选择性 机制 1 黏附分子的作用 2 化学趋化因子 归巢现象 3 微环境不适合 4 与免疫状态有关 二 机体免疫状态与肿瘤浸润转移参与控制转移的免疫细胞主要有NK细胞巨噬细胞T淋巴细胞 三 肿瘤浸润转移相关基因转移相关基因指基因的表达和改变能够促进或导致肿瘤发生转移的基因 四 肿瘤表观遗传改变与肿瘤浸润转移表观遗传学 Epigenetics 与遗传学 genetic 相对应的概念 表型状态改变 基因型不改变 没有DNA序列变化的情况下 可遗传的基因表达改变 导致的基因产物的变化 1942年提出 上世纪80年代后期逐渐兴起的一门新学科 DNA的 后天性 修饰CpG岛高甲基化癌细胞基因组低甲基化组蛋白残基的各种修饰磷酸化乙酰化甲基化泛素化等等 五 肿瘤干细胞 tumorstemcell TSC 2001年由Reya等提出2006年美国癌症研究协会 AACR 定义存在于肿瘤组织中具有无限自我更新能力并能产生不同分化程度的肿瘤细胞的细胞 特征 1 无限增殖和多向分化 2 存在自我更新的信号传导途径 3 具不同表型 异质性 对放化疗不敏感 4 具有端粒酶活性 5 能转移到各种不同的组织 六 肿瘤微环境与肿瘤浸润转移肿瘤细胞间质细胞细胞外基质间质细胞所分泌的活性介质 细胞因子 共同构成的局部内环境 微环境改变肿瘤细胞 自分泌和旁分泌全身和局部组织 代谢 分泌 免疫结果 限制或促进肿瘤的发生和发展 三 肿瘤学研究中常用的分子生物学基本技术及其应用 一 蛋白表达异常的检测 免疫组化 荧光 定位 ELISA和Westernblot 流式细胞术定量 抗体 细胞 细胞 细胞 二 蛋白质相互作用的检测方法1 酵母双杂交法验证两个已知蛋白的相互作用筛选与已知蛋白作用的未知蛋白酵母双杂交系统是分析蛋白 蛋白间相互作用的有效和快速的方法 酵母双杂交的原理是将2个目的蛋白分别与转录激活区 transcriptionactivationdomain AD 和DNA结合区 DNA bindingdomain DBD 融合产生新的融合蛋白 如果这2个目的蛋白能够互相作用 则该相互作用会促使AD和DBD互相靠近而产生有活性的转录因子 进而激活事先构建到酵母基因组中的报告基因的转录 真核转录因子DBD能把蛋白定位到基因组特定DNA序列上 AD能够使转录装置激活基因转录 当这两个区域单独存在时均没有转录激活功能 但当它们在空间上彼此联系时 则能够激活基因转录 局限性 双杂交系统分析蛋白间的相互作用定位于细胞核内 酵母双杂交系统的一个重要的问题是 假阳性 2 免疫共沉淀 Co Immunoprecipitation CO IP 是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的常用 经典方法 其基本原理是 细胞裂解液中加入抗体 与抗原形成特异免疫复合物 经过洗脱 收集免疫复合物 然后进行SDS PAGE及Westernblotting分析 缺点免疫沉淀蛋白有可能不是直接相互作用的蛋白 而是通过第三者间接相互作用的蛋白灵敏度不及蛋白亲和色谱高必须在实验前预测目的蛋白是什么 以选择最后检测的抗体 若预测不正确 实验就得不到结果 方法本身具有冒险性假阳性的概率比较高 设置的对照包括 在对照组中使用对照抗体 以缺失目的蛋白的细胞系作为阴性对照等等 3 GST沉淀实验 GST pulldown实验 主要是用来证明细胞外蛋白质相互作用利用GST Glutathione S transferase GST 和谷胱甘肽亲和树脂之间的高亲和性将GST固化在树脂上GST和谷胱甘肽转移酶蛋白在细菌 动物细胞等体系中融合表达固化的诱饵蛋白 即诱饵蛋白 Baitprotein 可以捕获细胞裂解物中的互作用靶蛋白洗脱结合物后通过westernblot检测诱饵蛋白和靶蛋白 从而证实两种蛋白间的相互作用或筛选相应的目的蛋白 4 Far Westernblotting在经典Far Western印迹中 运用经标记的或可被抗体检测的 诱饵 蛋白检测转移膜上的 猎物 靶蛋白 用SDS PAGE或非变性PAGE分离含有未知靶蛋白的样品 通常为细菌裂解液 然后转膜 转膜后与已知诱饵蛋白孵育 运用该诱饵蛋白的特异性检测系统检测 出相应条带 5 生物信息学 三 基因拷贝数 转录产物mRNA异常 核酸分子生物学方法进行检测核酸变性 复性基本性质常用方法 1 核酸分子杂交 nucleicacidmolecularhybridisation 技术最常用的基本技术基本原理 标记的已知碱基序列 DNA或RNA单链片段 探针probe 同位素P32I125非同位素生物素地高辛荧光素 检测靶核酸 待测核酸 中是否存在与之同源的序列 1 原位杂交 ISH 2 荧光原位杂交 FISH 3 双色 多色 银染原位杂交 DSISH 4 Southernblot DNA杂交 5 Northernblot RNA杂交 2 聚合酶链反应 polymerasechainreaction PCR 技术又称体外基因扩增利用DNA变性和复性原理体外进行特定的DNA片段高效扩增获得或放大特异基因信号的重要手段 扩增产物的检测凝胶电泳分析琼脂糖凝胶电泳 最常用 聚丙烯酰胺凝胶电泳单一条带 Real timePCRRT PCR3 基因芯片技术 四 基因突变的检测方法1 聚合酶链反应 单链构象多态性分析 Singlestrandconformationpolymorphismanalysisofpolymerasechainreactionproducts PCR SSCP 长度相同 构象不同在非变性聚丙烯酰胺凝胶中电泳迁移率 泳动率 不同碱基序列不同的单链DNA构像改变 基本方法作PCR将产物变性而成为单链进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳显示结果可用同位素 荧光素标记非同位素标记 2 PCR 限制性片段长度多态性 restrectionfragmentlengthpolymorphisms RFLP 分析技术基本原理 序列中一个碱基发生改变 使原来的内切酶位点消失或产生新的酶切位点 用限制性内切酶消化PCR扩增出来的DNA片段 检测其酶切片段长度的差异 3 变性梯度凝胶电泳法 denaturinggradientgelelectrophoresis DGGE 基本原理电泳时 不同浓度凝胶温度不同DNA链中有一个碱基改变在不同的温度发生解链电泳迁移率改变 4 DNA序列分析 DNAsequencing 5 荧光原位杂交 FISH 6 DNA芯片技术 DNAchip 五 肿瘤的微卫星不稳定性分析微卫星不稳定性 microsatelliteinstability MI 是指简单重复序列的增加或丢失PCR DNA序列凝胶电泳 六 肿瘤易感性检测采用相应基因变异方法进行检测 七 肿瘤相关病毒核酸杂交技术与PCR技术 八 基因重组技术主要目的是获得某一基因或DNA片段的大量拷贝 九 基因转染 genetransfection 技术 十 RNA干涉 RNAinterference 核酸杂交 PCR技术与蛋白表达 免疫组化 荧光 流式细胞术 WB方法结合 蛋白结合检测方法 蛋白表达在翻译水平上定位研究基因表达 核酸杂交 PCR技术检测DNA RNA 在基因或转录水平研究基因表达 十一 DNA 蛋白质结合检测1 凝胶阻滞实验 Gelretardationassay DNA迁移率变动试验 DNAmobilityshiftassay 或条带阻滞实验 Bandretardationassay 基本原理 在非变性的聚丙烯酰胺凝胶电泳中 DNA和蛋白质的复合物的迁移速度比单一的DNA片段或双链的寡核苷酸慢反应产物电泳分析DNA与蛋白质结合的特异性通过非标记DNA竞争性实验来确定 2 足迹实验 foot printingassay 原理 当DNA分子中的某一区段同特异的转录因子结合之后便可以得到保护而免受DNaseI酶的切割 而不产生出相应的切割分子 在凝胶电泳放射性自显影图片上便出现了一个空白区 俗称为 足迹 3 染色质免疫共沉淀技术 chromatinimmunoprecipitationassay CHIP 基本原理 在活细胞状态下固定蛋白质 DNA复合物 并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段 然后通过免疫学方法沉淀此复合体 特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段 十二 激光捕获显微切割技术 Lasercapturemicrodissection LCM 显微镜直视下 组织切片 确定 分离 纯化单一类型细胞群或单个细胞 十三 共聚焦激光扫描显微镜技术 ConfocalLaserScanningMicroscope CLSM 细胞 CT 上世纪80年代 组织内部微细结构的荧光图像 在亚细胞水平上观察生理信号及细胞形态改变 应用能观察各种荧光标记的 组织 包括活组织 培养细胞 粘附细胞 细胞涂片 石蜡切片 冰冻切片