肿瘤的分子生物学ppt课件.ppt

1,肿瘤的分子基础 The Molecular Basis for Tumor Development,The Southern Medical University Dr .Jiangli,2,肿瘤（tumor, neoplasm,cancer）,以细胞异常增生为特点的疾病，异常增生一般是克隆性的，是细胞水平的遗传病。 也有学者认为是“genetic disease”,3,1911年Rous发现鸡肉瘤的病原体RSV， 于1966年获诺贝尔奖 1970年Temin 和Batimore证实RSV是逆转录病毒，1975年获诺贝尔奖 1970年Varmus和Bishop发现RSV中的致瘤基因是src，1989年获诺贝尔奖,4,肿瘤的分子基础,第一节 癌基因与抑癌基因 第二节 DNA甲基化 第三节 错配修复基因缺陷 第四节 细胞凋亡 第五节 端粒与端粒酶 第六节 肿瘤遗传改变的复杂性,5,第一节 癌基因与抑癌基因,癌基因,抑癌基因,细胞,生长因子,正调控,负调控,产物,6,癌基因(oncogene)：细胞内控制细胞生长和分化的基因，它的结构异常或表达异常，可以引起细胞癌变。,病毒癌基因(virus oncogene,v-onc)：存在于病毒基因组中的癌基因，它不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。,细胞癌基因(cellular-oncogene, c-onc)：存在于生物正常细胞基因组中的癌基因，或称原癌基因 (proto-oncogenes , pro-onc) 。,7,逆转录病毒基因组的结构,8,逆转录病毒癌基因,9,逆转录病毒癌基因,10,细胞癌基因的分类及功能,11,细胞癌基因的特点,c-onc 是V-onc的同源物 c-onc在进化上高度保守 正常情况下无害 单拷贝基因，都有编码的蛋白产物 没有严格的种属特征和组织特异性,12,原癌基因分类,生长因子类 sis家族编码P28蛋白 酪氨酸蛋白激酶 src家族 ras家族 P21蛋白 核内蛋白类 myc家族、myb家族 其它,13,在真核生物中高度保守的多基因家族 H-ras与Harvey小鼠肉瘤病毒癌基因同源 K-ras与Kirsten小鼠肉瘤病毒癌基因同源 N-ras最初从成神经细胞瘤细胞系中分离 编码类膜结合蛋白，分子质量21kD，189个氨基酸，具有GTP酶活性,Ras 基因家族,14,15,90%胰癌患者,Ras基因激活与癌的发生,50%结肠癌患者,30%肺癌患者,16,生长因子(growth factor) :通过质膜上特异的受体，将信息传递至细胞内部，调节细胞生长与增殖的多肽类物质。,17,产生相应第二信使,胞内相关蛋白质被磷酸化,与膜受体结合,酪氨酸激酶活化,蛋白激酶活化,核内转录因子活化,基因转录,与胞内受体结合,生长因子 受体复合物，活化相关基因,生长因子作用机制,18,19,血管生成 的诱导因子,血管内皮生长因子 VEGF,成纤维细胞生长因子 FGF,转化生长因子- TGF- ,肿瘤坏子因子- TNF- ,血小板源性内皮生长因子 PDGF,20,myc基因家族,Myc是具有螺旋-环-螺旋结构的亮氨酸拉链超家族中的一员 C-myc来源于细胞 N-myc成神经细胞瘤中来源 L-myc小细胞性肺癌细胞来源 Myc基因编码参与转录调控的核DNA结合蛋白，与max结合后能被抑制转录活性 其在非转化的细胞中的表达依赖于生长因子 Myc的异常表现为染色体异位、基因突变和基因扩增,21,chromosome translocation,慢性髓性白血病中，9呈染色体的一个片段易位至22号染色体，使abl前癌基因与bcr融合，产生Ber/Abl融合蛋白质，见图，基中Abl蛋白质的氨基端被Bcr的氨基酸序列替换，导致Abl蛋白质酪氨酸激酶的异常活性和改变其亚细胞定位，导致细胞转化而致癌。,22,前病毒插入,指来源于病毒等的启动子或增强子插入到细胞癌基因的附近或内部而使其开放并异常转录。 如鸡白细胞增生病毒引起的淋巴瘤，就是由于病毒的DNA序列整合到宿主细胞c-myc基因附近，成为该基因的强启动子，导致c-myc基因过强表达。,23,Gene mutation,24,原癌基因产物： 生长因子 生长因子受体 信号转导组分 细胞周期蛋白 细胞凋亡调节蛋白 转录因子,25,原癌基因产物的致癌机制,自分泌和旁分泌作用 受体异常 信号传导系统异常,原癌基因产物的靶分子,纽带蛋白（细胞骨架蛋白） 糖酵解反应（非关键酶磷酸化） P36蛋白，估计与膜外表皱折相关,26,抑癌基因(cancer suppressive gene, anti-oncegene)：抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。,27,抑癌基因的特征,伴有杂合子缺失则无功能突变 在患癌倾向的遗传综合征中发生突变 在自发性肿瘤患者的体细胞中发生突变 在体外可抑制转化细胞的生长,抑癌基因应符合的条件,在恶性肿瘤相应的正常组织中正常表达 在恶性肿瘤中该基因表达异常 该基因野生型导入肿瘤细胞后可体现出抑癌效果,28,抑癌基因丧失抑癌功能的机制,抑癌基因自身突变或缺失 影响细胞周期调节（cyclin CDKs CDKIs） 与DNA肿瘤病毒的致癌蛋白结合而失活 影响细胞粘附作用（DCC） 信号传导失调 抑癌基因高度甲基化,29,30,P16基因： P16基因编码16kD蛋白，是一种细胞周期蛋白信赖性激酶（CDK4）的抑制蛋白 P16基因在正常细胞中起负反馈的调节作用 P16基因可因启动子CpG岛高甲基化而失活，对乳腺癌、膀胱癌、前列腺癌的发生有一定作用 P16基因突变在肿瘤发病中是晚期事件,P16蛋白抑制CDK4与周期素D1的结合，阻断Rb蛋白磷酸化，阻止细胞转录，细胞滞留在G1期。当P16突变失去对周期素D1/CDK4的抑制功能，周期素D1或CDK4的过度表达可引起Rb的持续磷酸化，使细胞迅速进入S期。,31,视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）：,Rb基因产物Rb蛋白有磷酸化和非磷酸化两种形式，其磷酸化程度与细胞周期密切相关 Rb基因对肿瘤的抑制作用与转录因子（E-2F)有关，在G0、G1期，低磷酸化型的Rb蛋白与E-2F结合成复合物，使其处于非活化状态。在S期，Rb蛋白被磷酸化而与E-2F解离，细胞进入增殖阶段。 Rb基因发生缺失或突变，丧失结合、抑制E-2F的能力，细胞增殖活跃，导致肿瘤发生。,32,P53基因：核内磷酸化蛋白 P53基因时刻监控着DNA的完整性，一旦遭到损害，P53蛋白将与相应部位结合，活化P21蛋白基因转录，抑制各型Cyclin-Cdk复合体对Rb的磷酸化，使细胞停滞于G1期。 与复制因子A相互作用，共同参与DNA的修复与复制。修复失败则启动凋亡过程诱导细胞自杀 P53基因突变，不仅失去野生型抑制肿瘤增殖的作用，突变本身使该基因具备了癌基因功能。,33,第二节 DNA甲基化,一、甲基化DNA的分子结构 二、甲基化在肿瘤形成中的主要机制 低甲基化激活癌基因 高甲基化沉默抑癌基因 甲基化形式改变增加基因组不稳定性 三、肿瘤相关基因甲基化谱 四、肿瘤诊断治疗的新靶点,34,35,DNA Methylation and Cancer,36,甲基化在肿瘤形成中的主要机制,低甲基化激活癌基因 癌基因的表达与其甲基化水平负相关 高甲基化沉默抑癌基因 肿瘤细胞抑癌基因的CpG岛启动子区被沉默 甲基化形式改变增加基因组不稳定性,37,甲基化形式改变增加基因组不稳定性,DNA甲基化沉默了DNA修复基因 hMLH1启动子的高甲基化与用散发性结肠癌 甲基化的CpG二联体成为突变热点 C =U =T 的突变 DNA低甲基化增加了基因组的不稳定性 肿瘤细胞基因组呈现全面低甲基化,38,第三节 错配修复基因的缺陷,39,第三节 错配修复基因的缺陷,人MMR基因缺陷,人MMR基因缺陷引起肿瘤的机制,hMSH2基因与遗传性非息肉性大肠癌,基因突变（形成stop coden） 启动子区CpG岛甲基化,形成MSI 使一些重要基因发生遗传不稳定性 不能修复化学诱变剂导致的DNA损伤,40,第四节 细胞凋亡,细胞凋亡调控 外源性因素 内源性因素 抗凋亡因子 促凋亡因子 Caspase蛋白酶 细胞凋亡与肿瘤的发生发展 细胞凋亡起负调控作用 细胞凋亡与肿瘤治疗,41,线粒体是细胞生命活动控制中心，它不仅是细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，而且是细胞凋亡调控中心。实验表明了细胞色素C从线粒体释放是细胞凋亡的关键步骤。,42,促调亡因子,Bax蛋白是bcl-2蛋白家族中的重要调节者，它能与凋亡抑制因子等蛋白结合形成二聚体，从而中和它们的作用。 自身还能形成bax同二聚体，促进凋亡,43,44,Caspase蛋白酶家族,是执行凋亡的主要酶类，广泛存在于细胞中，以酶原的形式存在，已发现有14种家族成员，命名为半胱氨酸-天冬氨酸特异性蛋白质酶,45,细胞凋亡与肿瘤的治疗,抗肿瘤的化疗药物 加热43，30min的诱导凋亡 激活Caspase蛋白酶系统促进调亡,46,第五节 端粒与端粒酶,前导链产生完整的子染色单体。 随后链3端留下缩短的未复制的ssDNA区。,47,真核生物复制的终止,真核生物的端粒和端粒酶 端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构，作用是维持DNA复制的完整性与染色体的稳定性 由末端单链DNA序列和蛋白质构成。 末端DNA序列是多次重复的富含G、T碱基的短序列。 端粒酶：端粒酶RNA(hTR)、端粒酶协同蛋白(hTP1)、端粒酶逆转录酶（hTERT）三部分组成。提供RNA模板和催化逆转录的功能，是一种特殊的逆转录酶,48,端粒酶抑制剂与肿瘤治疗,针对hTR部分合成特异的反义寡核苷酸封闭肿瘤细胞端粒酶的RNA模板 利用化学或生物抑制剂来抑制端粒酶活性 细胞分化诱导剂对端粒酶活性的抑制,49,RNAi技术对肿瘤进行治疗,50,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，将2006年诺贝尔生理学或医学奖授予两名美国科学家安德鲁菲尔和克雷格梅洛，以表彰他们发现了RNA干扰现象。菲尔和梅洛将分享一千万瑞典克朗的奖金(137万美元、107万欧元)。,51,第六节 肿瘤遗传改变的复杂性, 从正常上皮细胞到上皮细胞过度增生可能涉及FAP、MCC基因的突变或缺失； 从上皮细胞过度增生到早期腺瘤可能与DNA低甲基化相关； 从早期腺瘤到中期腺瘤涉及K-ras突变； 从中期腺瘤到晚期腺瘤涉及DCC基因丢失； 从晚期腺瘤到结、直肠腺癌涉及p53基因缺失； 转移癌还涉及nm基因的突变、血管生长因子基因表达增高等。,52,个体遗传特性决定肿瘤的易感性,细胞外因素指各种外界物理、化学及生物学致癌因素-起动因素,癌变过程受细胞内、外因素的影响。,细胞内因素指获得性或遗传性D