18新利最新登入BRCA基因是如何工作的

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这是一个被扫描电子显微镜捕捉到的乳腺癌细胞,它产生了一个三维图像。
图片由Bruce Wetzel和Harry Schaefer提供)/The国家癌症研究所的网站

多亏了2013年《纽约时报》的一篇专栏文章,我们都知道安吉丽娜·朱莉决定做预防手术双乳房切除降低她未来患乳腺癌的风险。她坦率的评论透露,她有很强的家族病史,根据基因检测的结果,她有一种被称为BRCA1的基因突变形式,这使她有87%的几率患乳腺癌,50%的几率患卵巢癌[来源:朱莉].面对这个对不同的人来说或多或少都很严重的现实,她选择在构成乳腺的细胞变成无法控制生长的流氓癌细胞之前,切除了双乳。

如果手术能保护她不受这种疾病的影响,就像可能性表明的那样,她要感谢很多人:医生遗传咨询师当然,还有她的家人,等等。

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玛丽-克莱尔·金可能不在这个名单上。作为华盛顿大学的基因组科学和医学遗传学教授,金帮助解开了遗传性乳腺癌的遗传基础。她的工作在1994年首次发现了BRCA1,一年后又发现了BRCA2。携带这些基因突变形式的女性(事实证明,男性也是如此)更有可能患上包括乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌在内的多种癌症。

金本人经常提到另一位重要人物——法国病理学家保罗·布罗卡(Paul Broca),他在19世纪60年代首次提出乳腺癌可能会在家族中遗传。布罗卡的妻子患有早发性乳腺癌,当他研究她的家谱时,他发现这种疾病可以追溯到四代人。当金要给她发现的基因命名时,她想把它叫做BROCA,以纪念这位法国人,但她只被允许用四个字母。最后的名字——BRCA——是“Broca”的缩写,代表“brca甚至可能是加州伯克利,金在那里进行博士研究[来源:检查].

抛开命名不谈,BRCA基因是现代遗传学的一个成功故事,证明生物标记物可以可靠地预测一个人患某种疾病或病症的倾向。大约十年前,受人类基因组计划(Human Genome Project)成功的鼓舞,前瞻性的思想家们承诺,在人体内发现的生物分子将成为疾病、感染或环境暴露等现象的指标。这些信号传递者将导致癌症和其他有害疾病的根除。但在通往乌托邦的路上发生了一件有趣的事情:生物标记物很难识别。即便如此,研究人员也无法开发出足够灵敏或足够经济的检测方法,使其成为有价值的诊断工具。

因此,医学界欢迎BRCA基因的发现,也欢迎可靠的基因检测技术的发展,以在个体中识别它们。所有这些都导致了下一个挑战:确保公众了解这些基因是什么。

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乳腺癌基础知识

乳房是一种神奇的结构。它们在动物王国中是如此独特,以至于它们的存在定义了一整个有机体群体——这个词“哺乳动物源自"mammary "而"mammary "本身源自"妈妈,这个拉丁词的意思是乳房、乳房或乳头。生物学家将乳房归类为外分泌腺或通过管道将其产物分泌到外部环境的结构。这和内分泌腺它们的产物直接分泌到血液中。

当然,由乳房制成的产品就是牛奶。牛奶它通过乳头到达外面的世界,但它的生命开始于乳房深处,在被称为肺泡的细胞群中。这些团簇形成小叶,小叶本身形成更大的结构,称为叶。当肺泡分泌乳汁时,乳汁通过细管——泌乳管——在乳头上形成开口。纤维组织和脂肪填满了小叶和导管之间的空间,整个结构位于胸部的胸肌之上。淋巴管和淋巴结的网络包围着所有这些组织,并向上延伸到腋窝。

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在许多女性中,这个组织功能正常,从来不会产生问题。接下来,我们将看看当它发生时发生了什么。

获得性突变:HER2和雌激素阳性癌症

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医学插图显示女性乳房内的癌变肿瘤。18新利最新登入
©视觉无限/Corbis

有时,构成乳房组织的细胞会开始不受控制地生长,挤占正常的产奶细胞。当这些不受约束的恶霸推来推去时,它们形成了一团组织,称为肿块或肿瘤。如果肿块被控制住,没有侵入周围的小叶或身体的其他部位,它就被归为良性。然而,如18新利最新登入果它继续侵入周围乳房并扩散到淋巴结,则被归类为恶性或癌变。

科学家现在知道癌症是由DNA损伤调节细胞生长和分裂的基因突变。当一个人暴露在特定的环境条件下,比如辐射,就会产生许多突变。乳腺细胞对这些获得性(相对于遗传)突变并不是免疫的。事实上,当DNA因环境致癌物或病毒而受损时,就会发生两种类型的乳腺癌。

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第一种类型影响如何18新利最新登入激素像雌激素一样,与乳腺细胞相互作用。在女性每月的月经周期中,乳房中的雌激素水平会激增,为组织制造乳汁做准备。雌激素分子与乳腺细胞中的受体结合,引发细胞增殖。如果女性没有怀孕,所有这些多余的产奶细胞都会退化并死亡。但有时,如果某些乳腺细胞含有受损的DNA,这种增殖过程可能会失控。当这些受损的细胞收到雌激素的信号时,它们会正常繁殖,但它们不会停止繁殖,在周期结束时也不会死亡。

另一种获得性突变会影响一种蛋白质的基因编码人表皮生长因子受体2,缩写HER2.正常情况下,乳腺细胞表面的HER2蛋白会对生长因子做出反应,生长因子是告诉乳腺细胞如何正常生长的化学物质。18新利最新登入HER2蛋白接收这些因子,然后在细胞内传递指令。然而,如果HER2基因的DNA受损,它的活性就会加速到危险的水平。18新利最新登入它会产生过多的HER2蛋白,从而导致乳腺细胞无节制地生长。

无论是雌激素阳性还是her2阳性的癌症都不能遗传给其他家庭成员,因为突变只影响乳腺细胞。但遗传性乳腺癌却不是这样。在这种类型的疾病中,父母的精子或卵细胞携带突变,并在受精时传递给他或她的后代。这些突变随后出现在身体的每个细胞中,使人易于患上癌症。科学家们发现了几个与遗传性乳腺癌有关的基因,包括噩梦p53、PTEN/MMAC1、CHEK2和ATM。但BRCA基因最为人所知,研究也最为深入。在下一节中,我们将仔细研究BRCA基因的家谱。

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BRCA基因家族

多亏了沃森、克里克和其他成千上万的人,我们对遗传的化学基础有了很多了解。如果你忘记了或忘记了,请回忆一下,人类细胞的细胞核含有染色体——这种线状结构携带着我们所有的遗传信息。18luck手机登录人类细胞有23对染色体,总共46对。每条染色体都由双螺旋DNA组成,带有线性基因序列,缠绕在被称为组蛋白的蛋白质周围。单个基因是一组独特的核苷酸序列,是DNA的组成部分,它为相应的蛋白质编码。

当科学家们蹲在人类基因组,他们注意到一些基因具有某些共同的特征。它们要么携带相似的核苷酸序列,要么是不同的基因,产生的蛋白质能够参与相同的细胞过程。他们将这些基因分组为家族,然后使用分类系统根据新发现的基因与已知基因的相似性来预测它们的功能。

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有两种BRCA基因——BRCA1和BRCA2——每一种都属于不同的家族。BRCA1属于RNF家族基因,该基因编码称为环型锌指蛋白的蛋白质。这些蛋白质之所以如此命名,是因为蛋白质分子具有围绕锌离子折叠的区域,并且这种区域的最终形状类似于手指。环型锌指蛋白的独特形状使其易于与其他分子结合,特别是蛋白质和核酸。一旦它们与另一个分子结合,它们就会进行一些酶促作用,帮助细胞维持稳定的环境。其中一些活动包括细胞生长和分裂,信号转导,蛋白质降解,以及我们将在下一节中看到的肿瘤抑制。

BRCA2基因属于FANC基因家族。基因在这个群体中产生一种参与范可尼贫血(FA通路)过程的蛋白质复合物。该通路主要作用于定位和修复DNA损伤。特别是,这些蛋白质针对的是DNA中双螺旋链的相反链没有正确连接的部分。当他们发现这样一个区域时,FANC蛋白与DNA结合并重建交联,使DNA能够正常复制和功能。

显然,RNF和FANC基因家族在维持我们的健康方面发挥着重要作用新利国际网站品牌官网健康的.如果有什么东西干扰了这些基因的功能,就会导致许多疾病。例如,RNF基因的破坏可导致肌强直性营养不良,其特征是进行性肌肉萎缩和损失。你猜对了,FANC基因的破坏会导致范可尼贫血,这会导致骨髓衰竭、身体异常和器官缺陷。当然,这两个基因家族都在某些癌症中发挥作用,包括乳腺癌。

接下来,我们将非常具体地研究BRCA1和BRCA2,以了解它们的正常功能以及基因突变如何导致乳腺癌。18新利最新登入

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BRCA基因基础

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BRCA1基因所在的17号染色体可能是什么样的。
插图由William Harris提供

玛丽-克莱尔·金可能想以保罗·布罗卡的名字命名BRCA来纪念他,但现代遗传学家只知道这些基因的正式名称:“乳腺癌1,早发性”和“乳腺癌2,早发性”。你可能还会听到“乳腺癌易感基因1号和2号”或“遗传性乳腺癌1号和2号”。有了如此相似的名字,你可能会认为这两个基因位于同一条染色体上。事实并非如此。BRCA1的确切位置是17q21;BRCA2是13q12.3。以下是这些数字的含义:

  1. 第一个数字表示染色体,这意味着BRCA1可以在17号染色体上找到,BRCA2可以在13号染色体上找到。
  2. 所有的染色体都有一条短臂p和一条长臂q,所以BRCA基因都位于各自染色体的长臂上。
  3. 当科学家给染色体染色时,基因呈现出浅色和深色的条带,这些条带本身被组织成区域。两位数表示带后的区域。小数表示子带。BRCA1位于区域2,带1。BRCA2位于区域1,带2,子带3。

尽管BRCA1和BRCA2属于不同的基因家族,但它们在正常工作时都能产生参与肿瘤抑制的大蛋白。BRCA1蛋白由1863个氨基酸组成,BRCA2由3418个氨基酸组成[来源:范德格鲁普].BRCA1蛋白通过与许多其他蛋白质合作修复DNA断裂来发挥其肿瘤抑制作用。这些BRCA1蛋白复合物可能会影响几种DNA修复过程,包括同源重组(将一段核苷酸序列与另一条相似的DNA链交换)、核苷酸切除修复(切除受损的DNA碱基并粘贴新碱基)和非同源末端连接(将双链断裂重新拼接在一起)。BRCA2蛋白也参与DNA损伤控制,但似乎更有限。科学家们认为,BRCA2蛋白调节少量伴生蛋白的活性,包括RAD51和PALB2,以指导受损DNA的同源重组。

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现在想象一下,如果你从细胞中移除BRCA基因,或者对它们的分子机制进行干扰,会发生什么。没有它们相关的蛋白质,一些DNA修复过程将停止运作,随着时间的推移,细胞暴露在辐射或化学药剂,缺陷就会越来越多。这些突变最终会导致细胞变得不稳定并发生癌变。

这正是BRCA基因受损时发生的事情。其中一个基因的突变打乱了它的说明书。结果,该基因不再有能力构建其相关蛋白质的正确版本。蛋白质可能异常的短,或者没有正确的氨基酸序列。这些有缺陷的蛋白质不能再参与DNA修复过程,最终导致携带受损DNA的细胞增殖。如果这些细胞排列在乳腺组织的乳管上,由大量异常细胞形成的肿块或肿瘤就可能在那里形成。除了乳腺癌,BRCA突变还会导致卵巢癌、输卵管癌、胰腺癌和前列腺癌。

不幸的是,大自然已经找到了很多方法破坏BRCA基因.迄今为止,科学家已经在BRCA1基因中发现了1000多个突变,在BRCA2基因中发现了800多个突变[来源:遗传学主页参考遗传学主页参考].记住,这些有缺陷的基因可以一代一代遗传给下一代,这意味着遗传了突变的人一生都会携带这种基因。它存在于他们的细胞中,直到癌症发生或有人采取措施防止这种情况发生才被注意到。这就是基因检测的用武之地。

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BRCA突变检测

了解BRCA突变会让任何人感到焦虑。人们很容易认为自己可能容易患癌症,因为你携带了其中一种缺陷基因。事实上,在美国,只有大约5%到10%的乳腺癌病例是由于遗传基因突变[来源:Susan G. Komen for the Cure].这意味着几乎所有的乳腺癌都是自发或获得性突变的结果,与遗传无关。因此,大多数妇女不会从中受益基因检测

18新利最新登入你怎么知道?以下指南可以帮助您决定是否进行BRCA基因突变检测。如果您符合下列任何一个标准,您应该考虑进行测试Susan G. Komen for the Cure这是一个致力于通过研究、社区推广和倡导来终结乳腺癌的非营利组织:

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  • 你很小的时候就被诊断出患有乳腺癌。
  • 你的母亲、姐妹或女儿在很小的时候就被诊断出患有乳腺癌,或者在任何年龄都被诊断出患有卵巢癌。
  • 您家庭中的一位女性,包括一级和二级亲属(母亲、姐妹、女儿、祖母、姑姑),患有乳腺癌和卵巢癌。
  • 你的母亲、姐妹或女儿被诊断患有双侧乳腺癌。
  • 你的家族是德系犹太人后裔。
  • 你的家族中有一位男性患有乳腺癌。

一个简单的测试就能揭示你的细胞中是否存在突变。在大多数测试中,技术人员会抽取你的血液样本。在其他测试中,你使用口腔冲洗。每一种方法都允许测试机构从你的身体中获取细胞和遗传物质。在实验室里,科学家们分析这些材料,以寻找实际BRCA基因或由这些基因编码的蛋白质的变化。测试需要三到四周的时间,可能花费几百或几千美元。

如果你的检测结果呈阳性,那么你就知道你遗传了已知的BRCA1或BRCA2突变。携带BRCA突变会大大增加患癌风险——50岁时患乳腺癌的几率高达50%,70岁时患乳腺癌的几率高达87%[来源:Myriad Genetics]。遗传咨询师可以帮助你评估这种风险,并决定采取什么行动。当然,一种选择是通过常规乳房x光检查和临床乳房检查保持警惕,目的是在癌症最可治疗的时候,及早发现癌症。另一种选择是服用药物,如他莫昔芬,以降低患癌症的风险。最后,你可以效仿安吉丽娜·朱莉(Angelina Jolie),选择预防性手术——尽可能多地切除易患癌症的组织。

然而,这并不能保证。18新利最新登入即使进行了预防性双乳切除术,如果手术未能移除所有高危组织,乳腺癌仍可能发生。然而,这个以基因为基础的医学的现代时代已经导致了乳腺癌检测和治疗的真正革命,这就是为什么自1990年以来,美国乳腺癌死亡率下降了33%。Susan G. Komen for the Cure].

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作者注:BRCA基因如何工作18新利最新登入

乳腺癌的故事在许多不同的层面上都令人惊叹——发现BRCA基因背后的科学,存活率的惊人提高,以及我们现在谈论这种疾病时的坦率。但更让我惊讶的是我们细胞机制的惊人复杂性,DNA压缩和解压缩,蛋白质复合物组装,以保持我们的遗传信息的完整和功能。18luck手机登录

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