体细胞突变说
在正常机体细胞中的突变
体细胞突变是指发生在正常机体细胞中的突变,比如发生在皮肤或器官中的突变,这样的突变不会传给后代。体细胞突变说是斯拉德于1959年提出的。
简介
这学说认为体细胞突变增加,使功能基因丧失,减少了功能性蛋白质的产生。当突变的负荷超过临界值时,衰老和死亡发生了。体细胞突变与种系突变不同,后者是发生在将成为配子(gametes)(精子卵子)的细胞中。生殖细胞的突变可传递给后代。体细胞突变不会造成后代的遗传改变,却可以引起当代某些细胞的遗传结构发生改变。绝大部分体细胞突变无表型效应。在植物中某些体细胞突变可导致叶形和枝形发生一定改变。
解释
斯拉德是根据电离辐射能引起基因突变,并缩短动物的寿命的实验现象提出的。但这一假说不能解释为什么经45Gy照射的果蝇反比对照寿命长。电离辐射对人、小鼠、果蝇精原细胞照射时,按理说应是寿命越长的动物,抗辐射最强,实际上恰恰相反,人的精原细胞抗辐射最弱,最强的是果蝇。后来发现,如果照射不引起癌症的话,照射小鼠还能使寿命延长。
体细胞突变学说(somatic mutation theory)认为突变引起的细胞形态变化及功能失调或丧失是人体衰老的重要原因。二倍体细胞中两条染色体上等位基因都被 某些突变因素击中时,子代细胞会很快发生形成、功能的改变,甚至死亡。由此可见,二倍体细胞的衰老性改变取决于这种等位基因被击中的比率以及所造成缺陷的水平。
但是,随后有些学者以纯系品种和非纯系品种果蝇、二倍体和单倍体黄峰所做的诱发突变对比研究以及以哺乳动物进行的染色体研究却在许多情况下不一定出现衰老性结果。所以,体细胞突变与衰老的确切关系尚有待进一步研究。
遗传形式
恶性肿瘤的遗传形式可以通过配子传给后代;但是,恶性肿瘤的散发形式可以通过体细胞突变引起。可能是同一种恶性肿瘤的传递形式就有这两种。 肿瘤可以看作是在个体遗传素质的基础上,尤其是在个体对肿瘤的遗传易感性基础上,致癌因子引起细胞遗传物质结构或功能异常的结果。这种异常大多数不是由生殖细胞遗传得来,而是在体细胞中新发生的基因突变所致。发生突变的癌前细胞在一些促癌因素的作用下发展为肿瘤。因此,有人认为,多数为肿瘤可看成是一种体细胞遗传病。
在自然界,基因突变是经常发生的,突变如果发生在与细胞增殖有关的基因,就可能导致细胞摆脱正常的生长控制,表现出恶性细胞的表型性状。
许多致癌物都是致突变物。它们大多数能引起DNA的损伤。这些损伤可以修复,也可以导致细胞死亡。如果DNA的修复不正常,细胞虽可继续存活,但却成了潜在的癌细胞,例如在着色性干皮病时,细胞由于缺乏DNA修复酶,因而在DNA被紫外线损伤后不能正常切除修复,结果导致皮肤癌发生。
肿瘤既然是体细胞突变的结果,则它就起源于单个突变细胞(单克隆)。许多肿瘤细胞群都具有相同的染色体畸变和同工酶,就是肿瘤发生的单克隆学说的证据。
两次突变说 一些细胞的恶性转化需要两次或两次以上的突变。第一次突变可能发生在生殖细胞或由父母遗传得来,为合子前突变,也可能发生在体细胞;第二次突变则均发生在体细胞本身,这就是两次突变(击中)说。两次突变说对一些遗传性肿瘤,如视网膜母细胞瘤的发生作出了合理解释。遗传型的视网膜母细胞瘤发病很早,并多双侧性或多发性。这是因为患儿出生时全身所有细胞已有一次基因突变,只需要在出生后某个视网膜母细胞再发后一次突变(第二次突变)。就会转变成为肿瘤细胞,故较易表现为双侧性或多发性。非遗传型视网膜母细胞瘤的发生则需要同一个细胞在出生后积累两次突变,而且两次都发生在同座位,因而概率很小,因此发病较晚,不具有遗传性,并多为单侧性,但该座位如果已发生过一次突变,则较易发生第二次突变,这也是非遗传型肿瘤不是太少的原因。
肿瘤
肿瘤可以看作是在个体遗传素质的基础上,尤其是在个体对肿瘤的遗传易感性基础上,致癌因子引起细胞遗传物质结构或功能异常的结果。这种异常大多数不是由生殖细胞遗传得来,而是在体细胞中新发生的基因突变所致。发生突变的癌前细胞在一些促癌因素的作用下发展为肿瘤。因此,有人认为,多数为肿瘤可看成是一种体细胞遗传病。
在自然界,基因突变是经常发生的,突变如果发生在与细胞增殖有关的基因,就可能导致细胞摆脱正常的生长控制,表现出恶性细胞的表型性状。
许多致癌物都是致突变物。它们大多数能引起DNA的损伤。这些损伤可以修复,也可以导致细胞死亡。如果DNA的修复不正常,细胞虽可继续存活,但却成了潜在的癌细胞,例如在着色性干皮病时,细胞由于缺乏DNA修复酶,因而在DNA被紫外线损伤后不能正常切除修复,结果导致皮肤癌发生。
肿瘤既然是体细胞突变的结果,则它就起源于单个突变细胞(单克隆)。许多肿瘤细胞群都具有相同的染色体畸变和同工酶,就是肿瘤发生的单克隆学说的证据。
两次突变说 一些细胞的恶性转化需要两次或两次以上的突变。第一次突变可能发生在生殖细胞或由父母遗传得来,为合子前突变,也可能发生在体细胞;第二次突变则均发生在体细胞本身,这就是两次突变(击中)说。两次突变说对一些遗传性肿瘤,如视网膜母细胞瘤的发生作出了合理解释。遗传型的视网膜母细胞瘤发病很早,并多双侧性或多发性。这是因为患儿出生时全身所有细胞已有一次基因突变,只需要在出生后某个视网膜母细胞再发后一次突变(第二次突变)。就会转变成为肿瘤细胞,故较易表现为双侧性或多发性。非遗传型视网膜母细胞瘤的发生则需要同一个细胞在出生后积累两次突变,而且两次都发生在同座位,因而概率很小,因此发病较晚,不具有遗传性,并多为单侧性,但该座位如果已发生过一次突变,则较易发生第二次突变,这也是非遗传型肿瘤不是太少的原因。
一些学者认为,体细胞癌变并不一定有基因结构的改变,当基因以外的物质或因素如蛋白质、RNA、生物膜发生了改变,而这些改变也能使与生长、分休有关的基因异常关闭或启动,此时,细胞也能转化为癌细胞,这一观点称为基因外调节学说。近年来对遗传印记的研究表明,基因的修饰如甲基化也能影响肿瘤有关基因的表达,从而促进细胞的转化。
人体体细胞突变
来自Genentech、Affymetrix和宾夕法尼亚州立大学的研究人员使用错配修复检测技术和互补方法,发现了几种人类癌症中的体细胞突变,文章发表在7月28日的《Nature》在线版上。
研究人员聚集于几百个乳腺、肺、卵巢、前列腺和胰腺肿瘤中大约1500个编码基因,发现了近2600个体细胞突变,包括2400多个过去未曾报道过的。正如预料的那样,突变种类和突变频率随肿瘤类型而异,不过多个受影响的基因往往落入肿瘤相关的通路。
Genentech的分子生物学专家,同时也是文章的通讯作者SomasekarSeshagiri及其同事使用了错配修复检测技术以及Affymetrix的tilingarray技术,检测441个肿瘤中大约400万个DNA碱基中的体细胞突变,这些肿瘤包括183个乳腺肿瘤、134个肺部肿瘤、58个卵巢肿瘤、58个前列腺肿瘤和8个胰腺肿瘤。
错配修复检测技术是由Affymetrix的研究人员MalekFaham开发的,曾于2007年发表在《NatureMethods》上。它利用大肠杆菌甲基化指导的DNA修复机制来发现某个DNA样品与常见等位基因之间的错配。根据突变的存在与否,细菌改变了抗生素抗性。
这一次,研究人员特别关注了可能在癌症或相关过程中起作用的基因,分析了1507个基因的编码外显子和邻近的剪接位点。
总的来说,研究小组发现了2576个体细胞突变,影响了967个基因。其中95%的突变是新的,在过去的癌症研究中未曾报道或不在数据库中。在经常突变的基因中,研究人员检测了一些蛋白激酶基因和编码G蛋白偶联受体的基因。尽管突变常常发生,但突变的频率和性质通常随肿瘤类型而异,显示出癌变遗传机制的复杂性。
同时,研究小组的统计分析揭示,有77个基因在所检测的肿瘤类型中明显更可能突变,包括肺鳞状细胞癌的19个基因和肺腺癌中的18个基因。当他们使用罗氏454测序来查看另外50个肺部肿瘤中一些新检测到的突变时,研究小组发现在这些样本中部分相同基因的突变频率相当。
研究人员还使用了安捷伦的244K芯片来进行大部分样本的比较基因组杂交分析,将此数据与突变信息整合,以便缩小潜在的肿瘤抑制子或癌基因。Seshagiri解释道:“如果基因扩增并突变了,那它们很有可能是癌基因。如果它们缺失了,那么可能是肿瘤抑制子。”
在他们随后的实验中,研究小组对准了G蛋白偶联受体通路中的另一个突变基因——G蛋白亚基基因GNAO1,以及JNK信号通路基因MAP2K4,寻找这些基因的突变对细胞系的影响。
研究小组还在研究更多的癌症样本和亚型,继续编写癌症相关的体细胞突变目录。通过鉴定这些突变,他们希望了解更多与特定癌症亚型相关的生物学变化,并揭开癌症治疗的候选通路。
参考资料
最新修订时间:2024-06-01 16:34
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概述
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