疾病与人类健康(癌基因与抑癌基因).ppt

第八章 癌基因和抑癌基因,本章我们讨论 1. 癌基因（细胞癌基因 . 病毒癌基因 . 原癌基因 ）和抗癌基因（抑癌基因）的概念 2 .癌基因的分类 3 .癌基因产物 的作用 4 .癌基因激活的机理 5 .抑癌基因表达失效的机理 第一节 概 述 正常细胞转化为恶性肿瘤（tumor）细胞是一个复杂而漫长的过程。从分子生物学角度来看，这是细胞分子生物调控机制从量变到质变长期积累的后果。人们认为，正常细胞的原癌基因和抑癌基因以正负信号调节细胞的增殖分化。而人癌细胞中原癌基因和抑癌基因的异常改变失去了对细胞的调控能力，从而导致了细胞恶性转化，无控制生长，侵袭和转移。正常细胞增生受到严格调控和制约，而肿瘤细胞是一种恶性增生细胞。,一、肿瘤细胞恶性增殖特性 （一）肿瘤细胞失去了生长调节的反馈抑制 正常细胞受损 ,一旦未能恢复原状，细胞就会停止增殖，但是肿瘤细胞不受这一反馈机制抑制。 （二）肿瘤细胞失去了细胞分裂的接触抑制。 正常细胞体外培养，相邻细胞相接触，长在一起，细胞就会停止增殖，而肿瘤细胞生长满培养皿后，细胞可以重叠起生长。 （三） 肿瘤细胞表现出比正常细胞更低的营养要求。 （四）肿瘤细胞生长有一种自分泌作用，自己分泌生长需要的生长因子和调控信号, 促进自身的恶性增殖。,二、癌基因的定义 癌基因（oncogene, onc）是细胞内控制细胞生长的基因，在异常表达时，这些基因不受体内各种调节因素的影响，可持续表达或过高表达，其产物可以使细胞持续增殖。 三、病毒癌基因（virus oncogene，v-oncogene，v-onc） 是存在于病毒基因组中的癌基因，这种基因不编码结构成分，对病毒的复制无作用，但可使细胞持续增殖。,（二）病毒本身具有完整的转录启动成分，当病毒进入细胞，其结构成分逆转录酶将病毒逆转录成cDNA，cDNA重组插入到细胞的基因组，病毒基组可利用细胞内由各种调控蛋白进行转录和表达，病毒癌基因也随之表达，无需特殊激活机制。 1_1_1_1_ gag pol env src 逆转录 插入 RNA cDNA 宿主细胞基因组利用宿主酶和调控蛋白病毒癌基因表达,（一）病毒癌基因最先是在劳氏肉瘤病毒（Rous sarccma virus，RSV）中发现的 1 、 Rsv是致癌的RNA逆转录病毒（也称RNA肿瘤病毒）. 2 、RNA肿瘤病毒基因组的基本结构包含了3个基因区，除此之外，还有第四个基因：Src 病毒癌基因不 编码结构成分，对病毒的 复制亦无作用 但可使细胞增殖。 3 、不同肿瘤病毒的 v-onc是不同的，但共同特点是可以使细胞增殖。 4、不同肿瘤病毒的深入研究 ,不仅对病毒致癌机制有了较深入的了解，更重要的是促使人们发现了细胞癌基因，为探索肿瘤发生根本原因及肿瘤发生机制研究开创了新纪元,四、细胞癌基因 近年来，利用重组DNA和核酸探针技术，证实了在正常真核细胞基因组，包括人的正常有与v-onc同源顺序的基因，其功能是控制细胞生长，这就是细胞癌基因。,细胞癌基因（cellular oncogene ,c-onc）是在正常的真核细胞基因组中存在的有与v-onc 同源序列的基因，其功能是控制细胞生长。这就是细胞癌基因。 （一）细胞癌基因在进化过程中是高度保守的，很多c-onc见于节肢动物（如果蝇），甚至见于酵母。 （二）c-onc是生命活动的基础，与细胞增殖分化密切相关，其表达与个体发育有关，受到严格程序调控，但并不具有致癌性。,（三） c-onc也称为原癌基因（proto-oncgene）有两层含义： 1.原癌基因是不发挥致癌作用的c-onc，正常情况是与细胞增殖有关的基因。 2. v-onc来源于原癌基因，目前所知v-onc，在哺乳动物都可以找到与之相对应的c-onc，具有相似的核苷酸序列，编码结构和功能相似的产物，反之则不然，目前发现几种c-onc没有相应的 v-onc。另一方面，细胞具有c-onc，但没有与之相关的癌基因成分。现在一般认为v-onc源于c-onc，是病毒基因组与细胞基因组发生重组而形成的。,第二节 癌基因的分类 目前对癌基因尚无统一分类的方法，一般有下面3种分类方法： 一、 按结构特点分（6）类 （一）src 癌基因家族 （二）ras 癌基因家族 （三）sis 癌基因家族 （四）myc 癌基因家族 （五）myb 癌基因家族 （六）其它：如fos，erbA等。,二、 按产物功能分（8）类 （一）生长因子类 （二）酪氨酸蛋白激酶 （三）膜相关G蛋白 （四）受体， 无蛋白激酶活性 （五）胞质丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶 （六）胞质调控因子 （七）核反式调控因子 （八）其它: db1 、bcl2,三、按细胞增殖调控蛋白特性分成（4）类 （一）生长因子 （二）受体类（三）细胞内信号转换器（四）细胞核因子,第三节 癌基因产物的作用 一、癌基因产物作用的一般特点 （一）目前发现c-onc都是单拷贝基因，且均为结构基因. （二）癌基因产物可分布在膜质核也可分泌至胞外. 癌基因产物生成后，往往需要经过修饰，加工方能获得与其细胞成分的亲和特性，其对细胞增殖分化一般是增强作用. （三）研究较多的猴肉瘤病毒（simian sarccma virus，SSV ）v-sis 二、癌基因产物本身是生长因子 人的c-sis位于22号染色体，编码产物P28sis氨基酸顺序与PDGF（血小板生长因子）的B 链相似，P28sisBB二聚体化，就有刺激生长活性（它结合并激活纤维母细胞PDGF受体，刺激DNA合成）（PDGF 是杂二聚体，也有 A-A/B-B同源二聚体) 单抗可以封闭PDGF，P28sisDNA合成 刺激生长活性 癌基因编码产物（结构）与生长因子不一样，但可发挥一样的刺激作用，并且是持续的刺激.,三、癌基因产物作用于细胞信号转导系统, 加强信号转导作用 生物信号是怎样从胞外传至胞内的？即生物信息的跨膜传递机制如何？这一直是细胞生物学的研究热点和前沿课题。 胞外信号 作用于 膜表面受体胞内信使物质的生成便意味着胞外信号跨膜传递的完成。胞内信使至少有：cAMP（环磷酸腺苷）IP3（三磷酸肌醇）PG （前列腺素）cGMP（环磷酸鸟苷）DG（二酰基甘油）Ca2（钙离子）CAM（钙调素）它们是如何激发细胞内一系列复杂反应的其主要机制是通过蛋白激酶活化引起底物蛋白一连串磷酸化的生物信号反应过程, 跨膜机制涉及到： （一）质膜上cAMP信使系统 （二）质膜上肌醇脂质系统 这两个系统都是由受体鸟苷酸调节蛋白（GTP-regulatory protein，G蛋白）和效应酶（腺苷酸环化酶磷脂酶等）组成，有相似的信号 转导过程：即受体活化后引起GTP与不同G蛋白结合活化和抑制效应酶从而影响胞内信使产生而发生不同的调控效应。 （三）受体操纵的离子通道系统 （四）受体酪氨酸蛋白激酶的转导 （五）受体 内部化 的信息传导途径 与本章关系密切的 是（二）肌醇脂质系统（四）Tyr激酶自身转导,1、受体型酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase Tyr-pk） 是蛋白激酶的一种，能特异催化由ATP向蛋白质或多肽底物Tyr残基转移磷酸基团而命名，该酶一般性质是： （1）只能特异地使Tyr残基磷酸化； （ 2）反应需要Mn2存在和ATP 掺入； （3）癌基因产物蛋白激酶均能使其催化区的同源Tyr残基磷酸化，即自我磷酸化； （4） 除生长因子外，目前尚未发现Tyr-pk活性受任何因子的直接影响，它既不受c-AMP/cGMP，也不依赖Ca2 、磷脂钙调素蛋白。在分布上，Tyr-pk不能作为1个独立物质分泌于胞外，而是与生长因子受体，癌基因产物相伴，或在胞核或在胞浆，以可溶形式出现，而质膜则与Tyr-pk有密切联系。 Tyr残基磷酸化可能与淋巴因子刺激，发育分化及致癌病毒诱导的肿瘤过程有关。（所有动物含少量Tyr残基，量处于平衡，说明体内有Tyr-pk，还有水解磷酸酪氨酸酶存在） EGF与受体结合有TPK（Tyr-pk）活性（EGF-R）erb-B2癌基因与EGF-R的膜内分布有82%同源（互补性）缺少膜外部分（图14-1，P302）其产物是TPK 使Tyr磷酸化开启信号转导膜开关erb-B2和v- erb-B同源性非常高，在（唾液，胃）腺癌，乳腺癌该onc检出率高，表明erb-B2可导致上述细胞恶变。,2 、非受体型酪氨酸蛋白激酶 研究的较早的是src，其产物为P60-src与P60csrc比较，P60v-src分布广泛作用底物更多使许多蛋白质磷酸化导致： 代谢加快如糖酵解产物 Tyr磷酸化水平 本身具有肌醇磷脂激酶作用，使PI磷酸化，致DG和IP3的前体物和PIP2 增加 体外实验 用E26-myb（白血病毒）Ok10V-myc（白血病毒） 鸡骨髓 细胞；但被有Src基因逆转录病毒超感染后，可以不依赖cMGF（myelomonaytic growth factor，骨髓单核细胞生长因子）使该细胞持续增殖。 3、肌醇磷脂系统 肌醇脂质（inositol lipids）是肌酸磷脂（inositol phosphol lipids）和肌酸磷酸脂（inasphates）的总称。肌酸磷酸脂存在于胞浆，肌酸磷酯是生物磷脂的组分，共同特征是含有肌醇（myoincsitol）。哺乳动物膜含有磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）磷脂酰肌酸-4-磷酸（PI（4）P或PIP）磷脂酰肌醇4，5二磷酸（PIP2），IP3特指肌醇1，4，5三磷酸，是环己六醇与磷酸戊酯即为肌酸磷酸酯和DG(二酰基甘油）具有第二信使的作用。,转化,cMGF,GTP和GDP结合蛋白 G蛋白（全称GTP结合蛋白或GTP结合调节蛋白)是广泛存在于各种组织的细胞膜上，在受体与效应酶之间起主要的调节作用，是G蛋白偶联受体与效应酶（或离子通道）之间中介物质，是一种酶。 Ras蛋白是 G蛋白家族的新成员 P21ras有GTP酶活性，可以结合水解GTPGDP 、 EGF-R可刺激P21ras的GTP结合活性。 异常情况下，P21ras（如ras点突变激活）水解GTP能力结合GTP能力持续处于激活状态使磷脂酶C水解PIP2IP3+DG，持续增高，导致细胞激活。（P21ras水解GTPGDP，本身失活，也解除对磷脂酶的作用）,四、核反式调控因子影响基因表达调控 反式调控因子（trans-acting factor） 是蛋白质，是基因产物，是含大量，序列特异性的（DNA）结合蛋白，可与RNApol相互作用，影响基因表达的调控。顺式调控元件（cis-acting element）是核酸，是DNA，是那些对结构，基因表达有调控作用的序列如启，序列如启 动子和增强子。核酸。 基因表达调控从化学本质来说是核酸 蛋白质 相互作用来完成的。癌基因产物是核反式调控因子，且基因本质上是调控因子，癌基因编码反式作用因子引起细胞转化机制不清楚，如新近发现： 47KDC-myc与 异二聚体促进细胞DNA合成 max蛋白配对 若c-myc持续过高表达，则使细胞增殖，分化,五、癌基因产物的协同作用 实验证明，用ras或myc分别转染细胞，可使细胞长期增殖，但不能转化成癌细胞 ，在裸鼠体内也不能形成肿瘤。但用ras+myc同时转染细胞，则使细胞转化成癌细胞。 说明：致癌至少需要2种或以上的onc协同作用，2种onc在2条通路上发挥作用，由于细胞增殖调控是多因子，多阶段影响的结果。而影响增殖分化的onc 达几十种之多，所以大多数人认为：癌发生是多阶段多步骤的。,第四节 癌基因的激活 癌基因不表达表达 受控制不受控制 不致癌致癌 称癌基因激活（恶性激活） （maligant activation ） 机理如下：,一、前病毒插入 前病毒 整合到宿主染色体中去的病毒DNA（不管是源于DNA还是RNA病毒）称之为前病毒。这段DNA可随宿主DNA一起复制传给子细胞。 1、转录激活 1987年Hayward和Astrin等同时发现鸡白血病病毒（avian cell kemia virus ALV）感染细胞后，可以激活细胞c-myc原癌基因，诱发 鸡B细胞淋巴瘤。 5 ALV1 1 c-myc 3 ALV本身没有转化基因，即v-onc，但其病毒两端LTR（长末端重复序列long terminal repeat sequence ，即反向倒转重复顺序，如ACTGA-TGAGT/TGACT-AGTCA 的启动子启动c-myc的转录，该启动子不受细胞的调控，持续转录，导致细胞癌变。,2、翻译激活 实验证明，翻译效率与起始密码前的5-非编码区的AUG有关，该AUG称5-AUG，去掉5-AUG，翻译效率就提高。（例如，1988Marth JD发现的病毒引起的LCK原癌基因的激活就属此例。LCR编码TPK ，P56lck。） 在LAStRA淋巴瘤细胞中，由于lck编码的TPK （酪氨酸蛋白激酶LCR）的激活而导致白血病的发生。 酶激活的原因是： 前病毒Mo-MLV（moloney 小鼠白血病病毒）插入使宿主基因发生了重排，重排LCK基因的转录本（transcript）起始于前病毒LTR，使LAStRA的LCKmRNA转录提高了7倍，翻译产物提高了50多倍。 宿主因此失去了（正常LCKmRNA5非编码区的）177bp，取而代之的是病毒LTR240bp,正常的LCK mRNA 的起始密码（AUG）前有3个5AUG 5 LCK AUG AUG AUG AUG 3 点突变使第2个AUG变为CUG，翻译效率增加3-4倍 使5端138bp核苷酸颠倒而 清除3个AUG翻译效率增加7倍 缺失138bp核苷酸序列而消除3个AUG，翻译效率增加9-10倍。 正常情况下，含5-AUG的基因在哺乳类基因中仅占10%，而在原癌基因中占65%，可见原癌基因受到严密的调控，这是一种调控机制。 trsanscript(转录本)-每一个基因都有特定的阅读框，阅读框规定了那3个核苷酸成为1组读做1个密码子，这是由起始密码子AUG决定的，阅读从第一个字母开始到最后一个字母结束，阅读方向53，翻译方向是NC，这样才能合成一个正常的多肽。（RNApol 作用的起始位与终止点之间的DNA顺序（称转录单位）的产物，即mRNA）。,二 、癌基因突变 1. 突变使原癌基因产物激活 前面提到（ras的）P21ras是G蛋白家族新成员，可以结合水的GTP，有GTP酶活性。 但当c-ras第12，13，59，61位密码子中任何1个发生突变时，P21ras 可以结合靶分子，但GTP酶活性降低了10倍左右，与正常P21蛋白比较，GTP酶活性低1000 倍左右。突变后P21ras不能迅速水解GTP-GDP，持续保持对磷脂酶C的刺激使第二信使DG，IP3持续 细胞持续增殖，导致肿瘤发生。,2. 突变或缺失使原癌基因产物功能改变 正常情况下，c-src蛋白的Tyr527被磷酸化并以头尾自身缔结折叠到其同源（互补）结构的SH-2区，使TPK隐匿，TPK活性下降若：Tyr527脱磷酸或被其它激活SH-2区隐形结合则src蛋白SH-2区结合激酶TPK暴露使多种底物Tyr磷酸化，其中包括细胞信号转导中重要的酶和调节蛋白被活化信息分子细胞增生转化。,三、 染色体易位与基因重排 染色体易位染色体一部分跑到（易位）另一染色体上去了 基因重排DNA分子一部分断链，新的部位重接，然后基因发生重新排列组合的过程。（按照达尔文进化观点，没有突变，没有变异，没有易位和重排，就没有进化，进化对于个体是不幸的，导致癌症和分子病。染色体85%不活跃，15%活跃）。 染色体易位往往导致基因重排对原癌基因导致两种后果： 表达融合蛋白易位使1个原癌基因与1个基因重排在一起，产生1个融合基因，表达1个融合蛋白，这个蛋白具有转化活性 原癌基因异常异位表达将原癌基因置于另一个旺盛表达基因的控制之下，就会使之异常异位表达,（一）易位基因融合导致原癌基因产物功能激活 如CML存在染色体易位和基因融合 易位 t9。22： c-sis 断裂点 bcr 断裂点 c-abl 融合 c-sis 9 c-abl22 9 22 ph染色体 融合：“ bcr-ab1”融合，融合基因有原癌基因c-abl。 原癌基因产物功能的激活 c-abl是TPK类的癌基因，非受体型，体外实验表明该基因编码的产物不具有激酶活性，而“bcr+c-abl”产生的P210 bcr+abl具有较高的TPK活性。 Ph（philadelphia）染色体，在费城首次发现的。,（二）染色体易位导致原癌基因的转录激活 c-myc位于8号染色体上，易位至14号染色体上，表达增加，原因是可能是移至1个非常活动的基因位置（Ig基因）被激活。,四、癌基因扩增 一般癌基因多为单拷贝（copy，单拷贝，即1份）基因。 （拷贝数（copy number 细胞所含的按每一基因组计算的某种质粒或基因的数目） 癌基因扩增导致癌基因过度表达，原因是： （一）转录过程 （二）基因拷贝数增加如：人早幼粒白血病HL-60细胞比相应的细胞c-myc多20多倍，已发现许多癌细胞中有癌基因扩增，结果导致癌基因过剩。 癌基因扩增常伴有染色体易位。,第五节 抑癌基因 一、抑癌基因的定义 抗癌基因（antioncogene）是最初的叫法，大约可以追溯到1985 年左右，现多称为抑癌基因（tumor suppressor gene），这是一类可 抑制细胞生长并有潜在抑癌作用的基因，当它失活后，可能使癌基因充分发挥作用而导致癌的发生发展。 如果要确定某一特定组织或细胞恶性肿瘤的抗癌基因，需满足以下三个 条件： 在癌的相应正常组织中必须有正常的表达； 在恶性肿瘤中。相应基因应有所改变，包括点突变，片断缺失或 表达缺陷； 导入该基因缺陷的恶性肿瘤细胞中将部分或全部抑制恶性表型。,二、抑癌基因的作用 癌基因通过表达行使其功能，而抑癌