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编号:10227339
肺癌组织中FHIT基因异常表达的研究
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1999年第8期
     作者:张军 富伟能 张学 赵彦艳 田大力 殷洪年 孙开来 李厚文

    单位:张军 田大力 殷洪年 李厚文 (110001 沈阳,中国医科大学第一临床学院肺癌研究室);富伟能 张学 赵彦艳 孙开来 (基础医学院遗传教研室)

    关键词:肺肿瘤;FHIT基因;基因缺失;突变

    中华医学杂志990813 【摘要】 目的 检测肺癌组织中FHIT基因的异常表达。方法 收集手术切除21例肺鳞癌、10例肺腺癌及对应的正常肺组织标本,应用逆转录巢式聚合酶链反应(RT-PCR)及DNA测序技术检测FHIT基因的表达情况。结果 31例正常肺组织中均有FHIT基因的完整表达,15例(48%)肺癌标本中存在FHIT基因缺失;肺鳞癌中缺失率为57%(12/21),肺腺癌中缺失率为33%(3/10)。经测序证实,FHIT基因mRNA异常转录本为其多个外显子缺失所致,并全部缺失E5,在1例肺鳞癌中密码子98存在同义点突变。结论 位于3p14.2的FHIT基因在国人肺癌中存在较高的缺失率,提示FHIT基因为一侯选抑癌基因,在肺癌的发生发展中起重要作用。
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    FHIT gene is abnormal in Chinese lung cancers

    ZHANG Jun FU Weineng ZHANG Xue,et al.

    (Laboratory of Lung Cancer,First Clinical College,China Medical University,Shenyang 110001)

    【Abstract】 Objective To determine whether the FHIT gene at 3p14.2 is abnormal in Chinese lung cancers.Methods Matched normal and cancerous tissues from 21 cases of primary pulmonary squamous cell carcinoma (SQC) and 10 cases of adenocarcinoma (ADC) were obtained immediately after surgery.Total RNA was extracted and the FHIT gene was detected by RT-PCR and DNA sequencing technology.Results Normal-sized FHIT transcript was detected in all 31 cases of normal matched tissues.Aberrant transcripts were observed in 15(48%) of 31 cases of cancerous tissues,57%(12/21) in SQC and 33%(3/10) in ADC,respectively.All the abnormal transcripts observed lacked exon 5,the first coding exon.The sequence analyses of the aberrant cDNAs revealed deletions of various regions between exon 4 and 10.A synonymous mutation in E8,codon98CAT(H)→CAC(H),was found in a SQC.Conclusion The high deletion rate of the FHIT gene in Chinese lung cancer supports the hypothesis that the FHIT gene alteration is involved in tumorigenic development of human neoplasm.
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    【Key words】 Lung neoplasm FHIT gene Gene deletion Mutation

    1996年定位克隆的FHIT(fragile histidine triad,脆性组氨酸三联体)基因位于人类染色体3p14.2区,它包含人类最常见的染色体脆性位点FRA3B[1,2]。FHIT是组氨酸三联体(histidine triad,HIT)基因家族成员之一,由10个外显子组成,其中第5-9外显子为编码区,其编码的蛋白为二腺嘌呤三磷酸(Ap3A)非对称性水解酶[3]。FHIT基因在消化道、呼吸道等肿瘤中存在较高的缺失率[1,4],提示FHIT基因可能为一重要的抑癌基因。作者应用逆转录-巢式聚合酶链反应(RT-PCR)及DNA测序技术,检测了31例肺癌中FHIT基因的缺失情况,探讨其在肺癌发生、发展中的作用。

    对象与方法
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    一、 对象

    收集1997年5月~1997年12月中国医科大学第一临床学院胸外科手术切除的21例肺鳞癌、10例肺腺癌标本及同一患者不同肺叶或肺段的正常肺组织,液氮内速冻,-70℃贮存。所有肺癌标本均经术后病理证实,其中I 期12例,Ⅱ期9例,Ⅲ期10例(UICC 1997年标准[5])。

    二、方法

    1. 总RNA提取:取0.1 g冻存组织置于2 ml Eppendorf管中,加入1 ml TRIzol试剂(美国Gibcobrl公司),匀浆后经氯仿抽提,异丙醇沉淀出总RNA,溶于无RNA酶的DEPC水中。测量吸光度(A)值,稀释至1 μg/μl后分装,置-20℃冻存备用。

    2.RT-PCR:应用GeneAmpPCR2400(美国PE公司),取1 μg RNA进行RT-PCR(英国Promega 公司试剂盒)。反应体积为10 μl,逆转录条件为48℃ 45分钟,合成FHIT基因cDNA第一链;PCR引物为:5U2:5′-ATCCTGGAAGCTTTGAAGCTCA-3′,3D2: 5′-TCACTGGTTGAAGAATACAGG-3′,条件为94℃变性2分钟后,94℃ 1分钟,58℃ 45秒,72℃ 45秒,25个循环,72℃延伸7分钟。将扩增产物稀释20倍,取4 μl进行第二轮PCR。反应体积为20 μl,引物为5U1:5′-TCCGTAGTGCTATCTACATC-3′,3D1:5′-CATGCTGA-TTCAGTTCCTCTTGG-3′,反应条件同第一轮PCR。取10 μl第二轮PCR产物进行6%PAGE电泳(86V 1.5 hr),EB染色5分钟,应用GDS8000凝胶自动成像仪(UVP公司)照相记录。
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    3.扩增E5-E9外显子:依观察结果,选取存在FHIT基因缺失的病例,以5U3:5′-CATGTCGTT-CAGATTTGGCCAACATCTC-3′代替5U1进行第二轮PCR扩增E5-E9,反应体系同上。PCR循环反应条件:94℃ 1分钟,56℃ 30秒,72℃ 1分钟,25个循环,72℃延伸7分钟。按3步进行检测观察记录。

    4.DNA测序:将用5U1、3D1扩增存在FHIT基因缺失的标本重复RT-PCR,扩大反应体积,取40 μl PCR扩增产物进行1.5%低熔点琼脂糖凝胶电泳,回收FHIT基因mRNA异常转录本。应用Wizard PCR Preps DNA Purification System(美国Promega 公司)纯化回收的片段,应用上游引物5U1及荧光素标记的ddNTP(末端标记法,PE公司测序试剂盒)扩增纯化后的cDNA,在ABI PRISM 310 Genetic Analyzer(PE公司)中自动测序,输入FHIT基因序列(GenBank登记号 U46922)进行自动分析。
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    结果

    1.5U1、3D1扩增结果:31例正常对照肺组织中均只检测到FHIT基因正常大小的mRNA转录本,约700 bp。在21例肺鳞癌患者中,T12、T15等10例癌标本中检测到由于FHIT基因部分缺失而产生的不同大小的异常转录本,主要集中在400 bp和250 bp附近,其中6例存在不同表达程度的正常大小的FHIT基因mRNA转录本(图1)。2例鳞癌标本无任何转录本被扩增出,用对照引物扩增证明RNA质量及反应体系正常,为FHIT基因纯合性缺失。

    M为ΦX174DNA/HaeⅢ markers;→指向正常大小转录本;N16为正常对照肺组织;T16等为鳞癌标本;异常转录本主要为约250 bp及400 bp大小;T2、T12发生多片段缺失

    图1 FHIT基因在肺癌中的缺失
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    10例肺腺癌患者中,3例癌标本中检测到不同大小的FHIT基因的异常转录本,均存在正常大小的转录本。

    2.5U3、3D1扩增结果:用5U1、3D1扩增存在FHIT基因异常转录本的13例癌标本中,存在FHIT基因不同表达程度的正常大小转录本的9例癌标本,全部扩增出相应约550 bp的片段,而另4例未扩增出FHIT基因正常大小转录本(仅有异常转录本)的癌标本,未扩增出来相应约550 bp片段,亦无其他异常转录本(<550 bp)被扩增出;13例对应正常肺组织标本全部扩增出约550 bp的正常大小的转录本。说明所有用5U1、3D1扩增存在FHIT基因异常转录本的癌标本的FHIT基因cDNA中,存在与5U3相对应的序列缺失,即均缺失E5。

    3.测序分析: 选择2例异常转录本纯化后测序分析显示:T12异常转录本长度为411 bp,缺失了E5-E7;同时,在E8内( E8前5个密码子94-98编码HIT),codon98 CAT(H)→CAC(H),为同义突变(图2)。T15 异常转录本长度为260 bp,缺失了E5-E9(图3)。
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    图2 T12中FHIT基因转录本测序结果。缺失第E5-E7(296 bp),本图中第456碱基T突变为C。“-”代表缺失的碱基,“|”,“*”代表匹配及异常的碱基

    ↓示E4、E10连接处缺失E5-E9(447 bp)

    图3 T15中FHIT基因异常转录本测序结果

    讨论

    3p等位缺失是肺癌中最普遍的现象,且发生在肺癌早期,并主要集中在3p21和3p12-3p14区[6,7]。Ohta于1996年用外显子捕获方法在3p14.2区定位克隆了FHIT基因,并证实FHIT蛋白与裂殖酵母菌aph1基因编码的二腺嘌呤四磷酸(Ap4A)非对称性水解酶氨基酸顺序有69%的同源性[1],此酶可水解Ap4A,产生ATP和AMP。 Ap4A具有激活DNA聚合酶活性的作用,促进细胞G1→S期转化。FHIT基因功能缺失可通过促进细胞增殖而启动细胞的恶性转化过程[8] 。Barnes等[3]从研究FHIT蛋白功能入手,证实FHIT蛋白是一种典型的Ap3A水解酶,催化Ap3A水解为ADP和AMP。Ap3A和Ap4A均具有类似的细胞间信号传导功能[9]。目前对Ap3A的研究还很少,有待于进一步的研究来阐明其功能。
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    Sozzi等发现80%的小细胞肺癌及40%的非小细胞肺癌中存在FHIT基因缺失,并将其缺失分为I型:缺失E4-E6;Ⅱ型:缺失E4-E8。E5是FHIT基因第一编码外显子,而E8编码HIT结构簇,两类缺失均导致FHIT基因功能缺失。在食管癌、胃癌、大肠癌及鼻咽癌、喉癌、肺癌、Merkel细胞癌、乳腺癌等癌标本及细胞系中均可检测到类似的FHIT基因缺失[1,4,10,11],提示FHIT基因极可能为另一重要的抑癌基因。大量的检测表明,FHIT基因失活以缺失为主,可能是由于其一个等位基因缺失,而另一等位基因亦表现为,以主要是由于E5附近的染色体缺失或重排而致其部分外显子缺失为主的基因突变。迄今为止的研究表明FHIT基因极少出现点突变。在1例H128细胞系中发现移码突变[4];在1例胃癌实体瘤中发现了点突变[12]。这与P53、RB等抑癌基因失活机理有所不同。

    本研究中15例存在FHIT基因缺失的癌标本中,2例为纯合性缺失,10例检测到一个异常转录本,3例检测到多个异常转录本;13例存在FHIT基因异常转录本的癌标本中,9例尚检测到FHIT基因不同表达程度的正常大小的转录本,可能为非小细胞肺癌标本中存在大量间质成分所致,也可能与肺癌的异质性有关,即肺癌灶由不同的细胞克隆构成,不同的癌细胞克隆中FHIT基因缺失部位不同,而某些癌细胞克隆未发生FHIT基因缺失;提示在细胞癌变过程中,在不同阶段可能存在着不同的基因突变,即细胞癌变是一个多基因参与、多阶段进展的过程。
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    参考文献

    1 Ohta M,Inoue H,Cotticelli MG,et al.The FHIT gene,spanning the chrommosome 3p14.2 fragile site and renal carcinoma--associated t(3;8) breakpoint,is abnormal in digestive tract cancer.Cell,1996,84:587-597.

    2 Zimonjic DB,Druck T,Ohta M,et al.Positions of c hromosome 3p14.2 fragile sites(FRA3B) within the FHIT gene.Cancer Res,1997,57:1 166-1 170.

    3 Barnes LD,Garrison PN,Siprashvili Z,et al.FHIT,a putative suppressor in humans,is a dinucleoside 5′,5′′′-p1,p3-triphosphate hydrolase.Biochemistry,1996,35: 11 529-11 535.
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    4 Sozzi G,Veronese ML,Negrini M,et al.The FHIT gene at 3p14.2 is abnormal in lung cancer.Cell,1996,85:17-26.

    5 Mountain CF.Revisions in the international system for staging lung cancer.Chest,1997,111:1710-1717.

    6 Naylor SL,Johnson BE,Minna JD,et al.Loss of heterozygosity of c hromosome 3p markers in small-cell lung cancer.Nature,1987,329:451-454.

    7 Tsuchiya E,Nakamura Y,Weng S,et al.Allelotype of non-small cell lung carcinoma-comparision between loss of heterozygosity in squamous cell carcinoma and adenocarcinoma.Cancer Res,1992,52:2478-2481.
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    8 Baxi MD,Mclennan AG,Vishwanatha JK,Characterization of Hela cell DNA polymerase a-associated Ap4A binding protein by photoaffinity labeling.Biochemistry,1994,33:14601-14607.

    9 Baxi MD,Vishwanatha JK.Diadenosine polyphosphate: their biological and pharmacological significance.J Pharmacol Toxicol Methods,1995,33: 121-128.

    10 Mao L,Fan Y,Lotan R,et al.Frequent abnormalities of FHIT ,a candidate tumor suppressor gene,in head and neck cancer cell lines.Cancer Res,1996,56:5128-5131.

    11 富伟能,张学,郑姝颖,等.FHIT基因在喉癌中的缺失.中华医学遗传学杂志,1997,14:274-276.

    12 Gemma A,Hagiwara K,Ke Y,et al.FHIT mutations in human primary gastric cancer.Cancer Res,1997,57:1435-1437.

    (收稿:1998-11-20 修回:1999-05-10), 百拇医药