第 20章 癌基因、抑癌基因与生长因子-2011.ppt

1、第 二 十 章,癌基因、抑癌基因与生长因子 Oncogenes, Anti-oncogenesand Growth Factors,人乳腺癌细胞（human breast cancer cell）,人肺癌细胞,肿瘤（tumor） 良性肿瘤（benign）：不转移 （分裂失控） 恶性肿瘤（malignant）: 转移、侵润 上皮组织：癌（carcinoma） 癌（cancer） 结缔组织和肌肉：肉瘤（sarcoma） 其他（血液）：白血病等（leukemia),癌细胞的特征,生长层叠,侵润性(invasive)；扩散性（diffusible,良性肿瘤（benign） 和恶性肿瘤（malignan

2、t）,侵润性和扩散性,转移Metastasis,癌基因、抑癌基因与生长因子的关系,癌基因,抑癌基因,细胞,生长因子,正调控,负调控,产物,第 一 节 癌 基 因Oncogenes,癌基因的发现,1910年Rous 发现鸡肉瘤病毒(RSV-RNA反转录病毒）。 1963年Dulbeco发现正常细胞感染病毒可恶变为癌细胞。 1970年Baltimore发现病毒感染宿主时，RNA经逆转录酶合成DNA并整合到宿主DNA，从而导致宿主细胞的恶性转化。 1970年Marein证明细胞恶性转化与RSV基因组中一个特定基因src相关，该基因被命名为病毒癌基因（viral oncogene, v-onc）,即v

3、-src。,1976年Bishop证明正常细胞中存在与v-oncogene同源序列细胞癌基因(cellular oncogene, c-onc)。与v-src对应者名为c-src。 80年代初Weinberg 等几个实验室通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H-ras。 现已发现100多种的oncs。,Bishope,Varmous：劳氏肉瘤病毒如何使正常细胞转化为恶性生长的？ 研究表明：劳氏肉瘤病毒的致癌能力与病毒基因组的单个基因有关，即src基因。 src基因本是正常细胞基因组的一部分（原癌基因），被病毒“劫持”后，病毒则具有致癌能力。,Bishop和Varmus1989年诺贝尔生理学和医学

4、奖,Bishop,Varmus,美国毕晓普和瓦慕斯等人的研究表明：动物体内的癌基因不是来自病毒，而是由于在动物的正常细胞基因中本来就存在一个庞大的癌基因族，正常情况下这些原癌基因是不活跃的，但当受到病毒入侵或遇到物理、化学等因素作用时，就可能被激活，突变为癌基因。这也就解释了化学污染、吸烟、放射线辐射等因素致癌的原因。,Bishop和Varmus1989年诺贝尔生理学和医学奖,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。,1. 病毒癌基因(virus oncogene,V-onc),一、病毒癌基因,存在于病毒基因组中的癌基因，它不编码病

5、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。,2. 病毒癌基因的发现,1907年， Peyton Rous从母鸡身上的恶性结缔组织（肉瘤）中提取滤液，接种到健康的鸡体内，鸡患上同样的肿瘤。1910年，Rous从鸡肉瘤滤液中发现了第一个逆转录病毒（retrovirus），即Rous肉瘤病毒（Rous sarcoma virus，RSV），并证明该鸡肉瘤滤液可诱发新的肿瘤，推测RSV是诱发鸡肉瘤的原因。当时，Rose虽对RSV如何引起肿瘤并不清楚，但因开创了病毒与肿瘤发生关系的研究而获得了1966年诺贝尔医学与生理学奖。,Rous,Huggins,3. 病毒基因组结构,4. 病毒癌基

6、因的形成,一些肿瘤相关的病毒,二、细胞癌基因,1. 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) 。未激活的癌基因，促进正常细胞生长、增殖、分化、发育。,原癌基因,癌基因（oncogene）,突变,1. v-onc通常丢失c-onc两端的某些序列 2. v-onc没有内含子 3. v-onc外显子与同源的c-onc也有微小差别 4. v-onc出现碱基取代或缺失较c-onc常见,病毒癌基因v-onc 与细胞癌基因c-onc的差别,2. 细胞癌基因的特点 广泛存在于生物界中

7、； 基因序列高度保守； 作用通过其产物蛋白质来体现； 被激活后，形成癌性的细胞转化基因。,3.细胞癌基因的分类及其产物,根据原癌基因的表达产物在细胞中的定位和功能分为： 1. src家族 酪氨酸蛋白激酶 2. ras家族 P21（信号传导体） 3. myc家族 核内DNA结合蛋白 4. sis家族 P28(类人血小板源生长因子) 5. myb家族 核内转录因子,目前发现只一个基因，即c-sis。 定位：人类第22号染色体，5个外显子；编码：241个氨基酸的蛋白质（p28）；特点：与人类的血小板衍生生长因子（PDGF）有87%的同源性，可与PDGF受体结合。,Sis癌家族,PDGF/sis,作用

8、：PDGF能促进结缔组织细胞及神经胶质细胞增殖，故c-sis作用于PDGFR，可刺激细胞生长及转化。,Erb癌家族,表达产物：细胞骨架蛋白作用：在细胞运动、分裂、信息传递、能量转换、代谢调控以及维持细胞形态方面具有重要作用。,人erb-B编码的是“掐头”的表皮生长因子(EGF)受体，这个“截短”受体和其配体-表皮生长因子长期结合，从而可永远向细胞内传导促进生长的信号。,与野生型受体相比，跨膜区域无变化，但受体的两端变短，尤其是全部细胞外结构区域都被删除。,定位： c-src定位于第20号染色体，17个外显子编码： 60kDa的蛋白质,具酪氨酸蛋白激酶 (tyrosine protein kin

9、ase，TPK)活性。特点：有一个250个氨基酸组成的同源结构区， 其表达产物均具有TPK活性。 作用：通过激酶的磷酸化作用，使其结构发生改变，增加激酶对底物的活性，加速生长信号在胞内的传递，与细胞无限生长关系密切。,src家族,ras家族 数量：H-ras、K-ras、N-ras H、K-ras分别来自大鼠肉瘤病毒Harvey、Kirsten株 N-ras从入神经母细胞瘤(neuroblastoma)中获得 编码：4个外显子组成， 蛋白质为21Kd特点：编码的氨基酸顺序有85的同源性，主要 位于细胞膜的内侧面，属G蛋白作用：参与细胞增殖信号的细胞内转导过程，是维 持细胞生长和分化的重要信号转

10、换器。,ras与GTP结合时为活化状态，GTP水解后，ras与GDP结合形式为非活化状态。,Myc癌家族,myc基因是较早发现的一组癌基因，包括C - myc,N -myc,L - myc ,分别定位于8号染色体,2号染色体和1号染色体。与之同源的病毒癌基因存在于MC29及其它一些具有高度致癌性的猿逆转录病毒中。 编码：3个外显子组成，Exon 1不编码，缺少ATG，但 多个终止密码子；另外两个外显子表达62-64kDa或66-67kDa的蛋白 特点：位于核内，属于DNA结合蛋白类，与DNA复制起动有关myb家族编码的产物本身就是反式作用因子。作用：两个家族的癌基因产物都位于细胞核内，可与某些

11、特定DNA相结合，影响DNA复制的起动过程或对转录进行调控，从而实现其调节细胞生长、增殖、分化的目的。,myc基因家族及其产物可促进细胞增殖,永生化,去分化和转化等,在多种肿瘤形成过程中处于重要地位。 myc基因家族中的3个成员对肿瘤形成及在肿瘤类型方面存在差异。 C - myc的扩增与肿瘤发生与转归密切相关； N - myc的扩增对肿瘤的预后判断有意义； L - myc扩增与肿瘤的易患性和预后在不同的肿瘤中表现不一样。 近年来的研究表明,myc基因产物,尤其是c - myc在诱导细胞凋亡过程中也起重要作用。,1. 细胞外生长因子 sis-P28 2. 跨膜的生长因子受体 c-src、c-ab

12、l、c-mos 、c-raf 3. 细胞内信号传导体:酪氨酸蛋白激酶等： c-src、c-abl、c-ras、c-mas、H-ras、K-ras、N-ras、crk 4. 核内转录因子 myc、fos,4. 原癌基因的产物与功能,癌基因在细胞内的分布,在正常情况下，病毒癌基因无活性，一旦受到辐射或化学致癌剂的影响，就会全部或部分活化，诱导肿瘤的发生。,三、癌基因活化,1. 获得启动子与增强子 2. 基因易位 3. 原癌基因扩增 4. 点突变,1.出现新的表达产物 2.出现过量的正常表达产物 3.出现异常、截短的表达产物,癌基因活化的机制,活化结果,活化机制,原癌基因转变为癌基因,在多种人源性肿

13、瘤细胞株中c-myb和c-myc基因所转录出的mRNA显著增多。原因：获得了强的启动子。 如禽类白细胞增生病毒 (avian leukocytosis virus, ALV)并不含v-onc，但ALV前病毒整合到宿主正常细胞的c-myc基因的上游,而ALV两侧的LTR同时整合,其5-端的LTR所含的强启动子致使c-myc癌基因活化而转录出c-myc mRNA,使c-myc的表达比正常时增高几十甚至上百倍。,获得启动子与增强子,1. 插入激活,病毒使c-myc癌基因活化的几种插入方式,c-myc基因表达产物：DNA结合蛋白,癌基因从染色体的正常位置上易位（trnaslocation）至另一染色体

14、的某一位置上，使其调控环境发生改变，从相对静止状态转为激活状态。 如早幼粒细胞白血病患者有(15:17)染色体的易位, 而慢性粒细胞白血病患者费城(Philadelphia)染色体为9:22染色体易位形成的。 人Burkitt淋巴瘤细胞中, 位于8号染色体上的c-myc移到14 号染色体上免疫球蛋白重链基因(Immunoglobulin heavy chain gene)的调节区附近,与该区的活性很高的启动子连接而受到激活。,2. 基因易位,人Burkitt淋巴瘤细胞的染色体易位t（8：14），致使c-myc激活,正常8,正常14,缺陷8,缺陷14,c-myc,c-myc,慢性髓细胞性白病细胞

15、的c-abl基因可从9号染色体易位到22号染色体上的bcr基因旁,组成一个含bcr基因调节区和abl基因酪氨酸激酶活性区的融合基因(fusion gene)，表达的融合蛋白质为结构功能改变的蛋白激酶(protein kinase)。,B,myc mRNA,B,mRNA,人类恶性肿瘤中，癌基因扩增（amplification）现象比较常见。 如在人类急性粒细胞白血病的HL60 细胞株、结肠癌、乳腺癌及小细胞肺癌等多种肿瘤细胞中均证实有c-myc基因扩增；神经母细胞瘤中有N-myc扩增等。在某些肿瘤中相应癌基因表达蛋白量增加几十倍到上千倍。,3. 原癌基因扩增,4 点突变（point mutati

16、on）,单个碱基突变而改变了编码蛋白质的功能使癌基因激活. K-ras， N-ras， H-ras，12、13、61 codon突变,当点突变发生后: （1）该蛋白活性大大增强； （2）该蛋白稳定性增加； （3）会引起RNA的错误剪接而改变蛋白质的结构和功能。 原癌基因ras的活化。H-ras基因由356个碱基组成,其第一个外显子中第12个密码子（第35位碱基）在正常细胞中为G,而在肿瘤细胞中突变为T，其编码的p21蛋白的第12位氨基酸由正常细胞的甘氨酸残基突变为肿瘤细胞的缬氨酸残基突变引起其编码的蛋白质之间微小结构改变能造成功能上极大的差别,导致GTP酶活性的下降，使p21失去结合、水解GT

17、P的作用。,正常细胞H-ras基因碱基序列: ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT GTG 肿瘤H-ras碱基序列: ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GTC GGT GTG 正常细胞p21蛋白的氨基酸序列: Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Gly Ala Val 肿瘤H-ras编码p21蛋白氨基酸序列: Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Val Ala Val,H-

18、ras基因的点突变,H-ras基因的点突变的发现,ras基因的表达产物Ras是一种小分子G蛋白，在信号转导中起重要作用。正常Ras的作用因其自身的GTP酶活性而受到严格控制，而突变了的Ras其GTP酶活性下降或丧失，失去了原有控制，致使增殖信号持续作用，细胞发生恶性转化。,R,H,AC,GDP,GTP,腺苷酸环化酶,AC,ATP,cAMP,G蛋白偶联的信息传递通路,结构基因, , ,细胞核,DNA,蛋白质,ras基因家族包括3个功能基因，即H-ras,K-ras和N-ras。 点突变是ras基因活化的重要方式，突变热点集中在第12，13和61位密码子。,细胞周期与癌,一、细胞周期（cell c

19、ycle）,二、细胞周期的控制,1. 细胞周期的控制点（Checkpoints）,The G1 checkpoint: DNA是否有损伤？,The G2 checkpoint: DNA 是否有损伤？,M,G2,S,G1,The M checkpoint:纺锤体是否形成，动粒是否与纺锤丝相连？,The S checkpoint: DNA是否都复制了？, G1/S过渡（transition）,决定细胞是否进行DNA复制。,（1）细胞周期的主要checkpoints有两个：, G2/M过渡（transition）,决定细胞是否进行分裂。,2. 对细胞周期控制点的控制,主要通过两类蛋白质之间的相互作用

20、。,蛋白激酶（protein kinases）：,当自身被激活后，能选择性地将靶蛋白磷酸化。,（控制细胞周期的）蛋白激酶。 它们的活性随着细胞周期的进展而增加或降低。,（1）CDKs（cyclin-dependent kinases）,（2）cyclins,通过调节CDK的活性而控制细胞周期。,它们的合成与降解随着细胞周期的进展而呈周期性变化。,（3）CDK与cyclin的相互作用, 对G1/S 控制点的作用,CDK4与cyclin D结合成复合物，激活一系列的基因转录，启动DNA复制。, 对G2/M 控制点的作用,大多数真核细胞中：,CDK1与cyclin B结合成复合物，激活caldesm

21、on（钙调蛋白），引起核膜破裂。,许多种癌细胞的G1 checkpoint都发生了异常。,CDK1/cyclin B复合物使蛋白质磷酸化，并导致： 核膜崩溃 细胞骨架识别 染色体浓缩,抑制细胞分裂的基因,又称为肿瘤抑制基因（tumor suppressor genes）,功能：,抑制细胞分裂。,但如果永久性失活，细胞分裂就失去控制。,（在细胞分裂时必须失活）,控制细胞分裂的基因,第 二 节抑 癌 基 因Anti-oncogenes,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。,一、抑癌基因的基本概念,细

22、胞杂交试验,二、常见的抑癌基因,编码一个转录因子TF。,p53突变存在于多种癌（肺癌、乳腺癌、膀胱癌、结肠癌等）。,50-60%的癌与p53的突变有关。,1 p53-基因组的监护人（guardian）,美国前副总统汉弗莱Humphrey) 在1967年发现膀胱内有一肿物，病理切片未发现癌细胞良性“慢性增生性囊肿”，未进行手术治疗。 九年后，他被诊断为患有“膀胧癌”，两年后死于该病。,1994年，用PCR技术对汉弗莱1967年的病理切片进行了p53抑癌基因检查，发现那时的组织细胞虽然在形态上还没有表现出恶性变化，但其p53基因的第227个密码子已经发生了突变。就是这个基因微小变化，使其抑癌功能受

23、损，导致九年后细胞癌变。这说明，在典型症状出现之前的很长时间，细胞癌变的信息已经在基因上表现出来了。,P53的突变位点,突变 p53 + 活化的Ha-ras,野生型p53 + 活化的Ha-ras,突变+野生型p53 +活化的Ha-ras,正常,异常,正常,突变型 P53致癌,激活某些特殊基因的表达，其中最重要的是P21蛋白。 P21是一个CDK的抑制因子，能与G1 期的Cdk-cyclin复合物结合，并抑制Cdk的活性（如CDK4/cyclin D），结果细胞被阻止在G1期直到DNA损伤被修复，然后P53和P21减少，细胞周期才能继续进行。,p53的作用,p53的遗传,等位基因中的一个突变就会使整个4聚体不能形成，呈显性遗传。 p53的活性形式是4聚体。只要一个单体分子有突变，就不能形成4聚体。 p53杂合子导致癌症的频率是90-95%。,2 RB（retinoblastoma）基因,RB（视网膜瘤、眼癌）发病率：1/14000-1/20000。 发病年龄：1-3岁RB基因的产物-pRB。,抑癌基因的作用机制,在调节细胞周期G1S起重要作用。 pRB在非磷酸化形式时，与E2F转录因子家族成员结合，抑制DNA复制所需的蛋白基因的转录，细胞停留在G1期。 cyclin D激活CDK4，CDK4使pRB磷酸化，不能再与E2F结合，细胞进入S期。