癌症的分子诊断

第三章 癌症的分子診斷幾乎癌組織都是單株性增殖 ( clonal proliferation) 患者的所有癌細胞都起源於單一的癌細胞大多數癌症不能用單基因遺傳方式解釋某些類型的癌症，親屬發生同類腫瘤的風險會增加，但不表現孟德爾式遺傳許多癌症與環境的物理化學因子或生物因子有關 細胞週期的調控受細胞週期素 (cycIin)及相對應的細胞週期素依賴激酶 (cyclindependent kinase， CDK)嚴格調控細胞週期的每階段都有一組 CDKs與 cyclins 交互作用來調控CDK的磷酸化及 cyclinCDK抑制劑 (CKIs)的活化都會影響細胞週期 癌症相關基因 致癌基因 (oncogene) 1911年 Rous發現的雞的腫瘤傳染因子是一種病毒，為反轉錄病毒癌化作用是因為病毒基因組內特殊致癌基因 (vonc) 哺乳類的基因組上，也存在有同源的序列 (eonc) 調控胚胎的發展、細胞的增殖、分化和凋亡調 控失常，會使細胞發展為惡性表型，正常細胞中具有這樣潛能的基因稱為原 (致 )癌基因 ( protooncogene) 原 (致 )癌基因調控生長分化、信號傳遞、轉錄因子、細胞週期 生長因子病毒來源的 sis基因與細胞來源的原癌基因 血小板衍生性生長因子次單位細胞表面生長因子受體u表皮生長因子受體基因 ( epidermal growth factor receptor， EGFR)u集落刺激因子 1受體 (CSF1R)基因相當， CSF1R是一 種促進骨髓中多種細胞分裂的生長因子細胞內信號傳遞系統 ( Intracellular signal transduction systems)uRAS家族是信號傳遞通路 Gprotein的成份，藉由跨膜蛋白與 Gprotein的結合將信號傳至核內u蛋白質 酪胺酸激酶 ( protein tyrosine kinase) ABL是細胞內信號傳遞蛋白與信號傳遞至核內有關核內轉錄因子u MYC是 DNA結合蛋白，而 JUN是轉錄因子細胞週期有關的蛋白u調控細胞週期相關的激酶和激酶抑制物，病毒性癌基因只有少數人類反轉錄病毒引起人類癌症HIV 可以促進細胞增殖和增加體細胞突變的機會，或插入基因組促使鄰近基因活化引起免疫缺陷而間接促進腫瘤的產生病毒癌基因插入宿主癌化的原因有些的癌基因產物作用如同細胞癌基因產物有時插入的病毒癌基因是斷裂的，這些斷裂的序列可能是基因內的調控序 列有些病毒癌基因的產物與細胞癌基因產物共存，可能調節癌蛋白活化 腫瘤抑制基因 ( tumor suppressor gene) 在遺傳學上，癌基因對細胞的作用是顯性作用 ( dominant effect) 可抑制 oncogene作用的基因，稱 tumor suppressor gene 抑癌基因的蛋白產物能抑制 細胞不正常生長及抑制細胞癌化遺傳學上一般屬於隱性的 ( recessive)RB基因視網膜母細胞瘤 ( retinoblastoma， RB) ，一種侵犯幼兒視網膜的腫瘤散發性非遺傳的類型最常見，會造成單側眼睛病變約 1/3的 RB病人產生多發性腫瘤，且常造成雙眼的病變，及在同胞兄弟姊妹中可發生同樣病變，家族傾向遺傳性 RB基因的功能u 蛋白質產物 pRb是細胞週期的煞車器u pRb 蛋白發生週期性的磷酸化反應upRb蛋白在 GI期是細胞週期抑制信號的集合點，這個以 pRb蛋白為中心的抑制傳導途徑，稱為 RB傳導途徑u靜止的細胞 ( G0IG I) ， pRb沒有磷酸化uGl期之末，在有絲分裂時它是磷酸化的u非磷酸化的 pRb在進入 S期之前可與幾種蛋白質結合調控細胞週期p53基因 抑制腫瘤生長的作用，基因定位在 17p ， p53是其分子量 (53 kD)在人類的大腸癌中有 70%因失去 p53功能50%的肺癌、 40%的乳癌也因 p53去活化而誘發人類癌症約有一半起因於 p53突變缺陷或失去作用發生突變的蛋白質可能原因u兩個 alleles都發生缺失u一個 allele上發生錯義點突變， 會抑制另一個正常野生型基因的功能正常細胞中， p53的量都很低DNA損傷時， p53就大量增加，造成u生長的停止或細胞凋亡 ( apoptosis)up53就激活 p21蛋白質關閉細胞週期p21蛋白質是一個 CDK 的抑制因子可結合 CDK2、 CDK4、 CDK6，並抑制它們的活性u細胞進 入 S期以前，得以修護受損傷的DNAu若細胞已將進入 S期，已不能修護受損傷的 DNA，則 p53起動細胞凋亡這二種功能保持基因組的穩定性， p53稱為基因組保護者 ( guardian of genome) 細胞凋亡 (apoptosis， programmed cell death)基因與癌症 細胞凋亡是一種有計畫的控制細胞死亡的方式， Apoptosis此字源自於希臘 文，意思是指樹葉從樹上凋落之意正常生理情況下細胞凋亡是生命過程所必須的，平衡著細胞的數量生物發育的階段高等動物在胚胎發育過程中的特定階段，特定區域的多餘細胞都會發生凋 亡，以利於組織器官形態的形成 病理情況下的凋亡人為的方式改變荷爾蒙分泌後，內分泌依賴組織的萎縮組織損傷後血液造成大量自由基所產生的細胞凋亡細胞 DNA受到物理化學的因子傷害，也會促使細胞凋亡在一些病毒感染的情況下，在病毒還未完全被複製時也會使細胞凋亡，以抑制病毒持續感染 細胞凋亡機制在生物中具有高度保留性線蟲已發現至少 15個基因與凋亡有關ced3和 ced4促進凋亡ced9則通過阻止 ced3和 ced4的活化而保 護細胞免於凋亡哺乳動物同源物ced3 vs 半胱胺酸蛋白水解酶 ( cysteine proteases) caspasesced9 vs Bcl2蛋白家族ced4 vs Apafl (HeLa細胞 ) caspase蛋白水解酶，能專一性的在天門冬胺酸位 置裂解蛋白質caspase在正常細胞中以未活化的酶原存在細胞接受凋亡訊號後， caspase 自身催化或者被其它 caspase裂解而活化活化的 caspases再繼續裂解許多細胞內基質u維持細胞骨架的蛋白 actin、 Gas2、Laminsu負責 DNA修復的 PARP、 DNAPKu訊息傳遞蛋白 PKC、 PITSLRE kinase 至今約有 14種哺乳類動物的 caspases被鑑定出來依據 caspases與細胞凋 亡在細胞死亡時所扮演之角色，可分為uInitiator (upstream) caspases uEffector (downstream) caspases 當受到凋亡刺激時，首先 initiator caspases (主要為 8、 9、 10 )被活化進行 effector caspases的活化u主要為 caspases3、 6與 7，其負責細胞凋亡時受質蛋白的水解藉由 cytochrome c 、 Apafl及 caspase9形成的 apoptosome複合體活化 caspase9驅動 caspase放大效應細胞凋亡的異常使不正常細胞累積，造成了癌症、發炎症 及自體免疫性疾病過度的細胞凋亡在神經退化性疾病、 AIDS 、骨質疏鬆症、心臟病原癌基因 ( proto oncogene)和腫瘤抑制基因都參與了 apoptosis的調控 MYC原癌基因對細胞增殖及凋亡有雙向調控 MYC與 MAX形成複合物會啟動細胞的增殖或凋亡過程，主要是決定於細胞的微環境一些腫瘤抑制基因，如 :p53、 APC及 PTEN藉由誘導凋亡來 抑制腫瘤細胞的產生，如果這些抑制功能喪失就可能造成腫瘤的生長 癌症有關的現象 染色體不穩定性癌化的細胞中常見到三倍體和單倍體染色體的缺失，還有染色體大片段的重排 (插入、 重複、缺失、倒轉、易位 ) 染色體之間或染色體本身的交互作用，可能也參與了細胞基因表達的調控利用 FISH相關技術偵測染色體不穩定性 多色螢光 FISH (multifluorFISH) DNA結構不穩定 微衛星不穩定 異質性丟失 腫瘤的發展過程是多基因多突變多因素累加的效果，突變中獲得不必依賴外在的生長訊號對外在的抗生長訊號不反應不會凋亡有能力無限複製有能力產生支持性的血管 (血管新生， angiogenesis)具有侵入組織及轉移的能力 微衛星不穩定 MSI正常組織 STR相比較，出現 STR重複次數的增加或減少，得到不一樣的 patternMicrosatellite DNA markers廣泛使用在偵測腫瘤初期基因組不穩定現象Mao et al. (199