分子生物學(xué)-4癌癥

1、12Whats the cancer?3癌癥癌癥 多細(xì)胞器官性的疾病，這些器官的細(xì)胞生多細(xì)胞器官性的疾病，這些器官的細(xì)胞生長異常，失去調(diào)節(jié)，并常伴有異常分化，形成長異常，失去調(diào)節(jié)，并常伴有異常分化，形成瘤。瘤。在高等脊椎動物中及植物中都有發(fā)現(xiàn)。在高等脊椎動物中及植物中都有發(fā)現(xiàn)。4主要內(nèi)容主要內(nèi)容n癌細(xì)胞的主要特征癌細(xì)胞的主要特征n癌基因癌基因n抑癌基因抑癌基因5一、癌細(xì)胞的主要特征一、癌細(xì)胞的主要特征6n能無限增殖能無限增殖 n接觸抑制現(xiàn)象喪失接觸抑制現(xiàn)象喪失n癌細(xì)胞間粘著性減弱癌細(xì)胞間粘著性減弱normal cellscancerous cells7The invasion of norma

2、l tissue by a growing tumor (in red)4.4. 具有遷移性具有遷移性85.5. 對生長因子需要量降低對生長因子需要量降低910What is the molecular basis for cancer biology ?11nactivating oncogenes and/or inactivating tumor suppressors. 12二、癌基因二、癌基因（ oncogens）accelerator13（一）癌基因（一）癌基因（Oncogens）nDefinition：n具有致癌能力或致癌潛能的基因具有致癌能力或致癌潛能的基因nDiscovery

3、：n1976，Rous肉瘤病毒中，分離出肉瘤病毒中，分離出src gene，這是人這是人類第一次真正在基因水平上證實(shí)和腫瘤相關(guān)的基因。類第一次真正在基因水平上證實(shí)和腫瘤相關(guān)的基因。n病毒癌基因病毒癌基因（viral oncogene, v-onc）：）：病毒所攜帶的病毒所攜帶的致癌基因致癌基因n細(xì)胞癌基因細(xì)胞癌基因（ cellular oncogene, c-onc ）或）或原癌基因原癌基因（proto-oncogene）：）：細(xì)胞中與病毒癌基因同源的基因。細(xì)胞中與病毒癌基因同源的基因。1415n是一類廣泛存在生物體中，高度保守的基因，是一類廣泛存在生物體中，高度保守的基因，其產(chǎn)物具有調(diào)控細(xì)胞

4、增生的重要功能，當(dāng)其其產(chǎn)物具有調(diào)控細(xì)胞增生的重要功能，當(dāng)其受某些因素的影響，能發(fā)生突變（活化）成受某些因素的影響，能發(fā)生突變（活化）成為癌基因，導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。為癌基因，導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。(二二)細(xì)胞癌基因（細(xì)胞癌基因（ cellular oncogene, c-onc ）或）或原癌基因（原癌基因（proto-oncogene）16n（1）廣泛存在于生物體。是未激活的癌基因）廣泛存在于生物體。是未激活的癌基因，是，是人或動物細(xì)胞中的一類固有的正?；?。人或動物細(xì)胞中的一類固有的正?；?。n（2）高度保守，功能相似。）高度保守，功能相似。n（3）產(chǎn)物有重要功能。促進(jìn)正常細(xì)胞生長、增殖、）產(chǎn)物有

5、重要功能。促進(jìn)正常細(xì)胞生長、增殖、發(fā)育等。發(fā)育等。n（4）正常成人組織中原癌基因的表達(dá)水平很低或）正常成人組織中原癌基因的表達(dá)水平很低或不表達(dá)不表達(dá)n（5）在致癌因素作用下，可轉(zhuǎn)化為癌基因，引起）在致癌因素作用下，可轉(zhuǎn)化為癌基因，引起細(xì)胞癌變。細(xì)胞癌變。原癌基因的特點(diǎn)原癌基因的特點(diǎn)17Somatic mutation generates a transformed cell by converting a proto-oncogene to an oncogene. 18腫瘤細(xì)胞中原癌基因表達(dá)的特點(diǎn)腫瘤細(xì)胞中原癌基因表達(dá)的特點(diǎn)n某些原癌基因具有高水平的表達(dá)或過度表達(dá)某些原癌基因具有高水平的表達(dá)

6、或過度表達(dá)n原癌基因的表達(dá)程度和次序發(fā)生紊亂原癌基因的表達(dá)程度和次序發(fā)生紊亂19effects of mutations in oncogenes原癌基因是原癌基因是顯性的顯性的 ! ! 20Proto-oncogenes become oncogenes, how ?21（三）原癌基因激活的分子機(jī)制（三）原癌基因激活的分子機(jī)制Mutations in coding regionMutations regulatory regionChromosome rearrangement causing both22Activation of a proto-oncogene to an oncoge

7、ne23n點(diǎn)突變點(diǎn)突變nLTR插入插入n基因重排基因重排n缺失缺失n基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增24Example: ras 第一個被證實(shí)由于第一個被證實(shí)由于點(diǎn)突變點(diǎn)突變而引發(fā)癌癥的基因而引發(fā)癌癥的基因（ 1982，Tabin C J and Reddy E P)。 帶有帶有GTP的的Ras是活性的，而內(nèi)在的是活性的，而內(nèi)在的GTPase活性活性使使GTP 水解成水解成GDP，而結(jié)合而結(jié)合GDP的的Ras則失活，則失活， GAP （GTP酶激活蛋白）以及酶激活蛋白）以及 SOS（鳥苷釋放因鳥苷釋放因子）可調(diào)節(jié)子）可調(diào)節(jié)Ras 蛋白活性。蛋白活性。（1）點(diǎn)突變）點(diǎn)突變25 癌基因激活的機(jī)制：癌基因激活的機(jī)制

8、： 點(diǎn)突變點(diǎn)突變1. Ras 是是GTP結(jié)合蛋白，傳導(dǎo)生長因子受體信號。結(jié)合蛋白，傳導(dǎo)生長因子受體信號。 ras基因的點(diǎn)突變基因的點(diǎn)突變降低了降低了GTPase活性，活性， 使其放大了使其放大了對生長因子的反應(yīng)，對生長因子的反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞過量生長。導(dǎo)致細(xì)胞過量生長。26nras終產(chǎn)物是終產(chǎn)物是P21，是一種是一種G蛋白蛋白nGAP能激活能激活P21的的GTPase活性活性，使，使P21-GTP降解成降解成P21-GDP。n正常細(xì)胞中，正常細(xì)胞中，P21幾乎全部與幾乎全部與GDP結(jié)合結(jié)合n點(diǎn)突變后點(diǎn)突變后，改變，改變P21的構(gòu)象，的構(gòu)象，使使GAP不能識別不能識別和激活和激活GTPase活性活性

9、，使，使P21處于活性狀態(tài)。處于活性狀態(tài)。27 效應(yīng)區(qū) Cys 5 22 30 40 109 120 186 aaN C GDP/GTP 結(jié)合區(qū)，突變可 十六烷酸 激活原癌基因 負(fù)責(zé)膜的附著圖 19-16 Ras 蛋白的結(jié)構(gòu)。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .35.20) 28 12 59 61c-Ha-ras 正常細(xì)胞 GGC/Gly GCC/Ala CAG/Glu 膀胱癌 GTC/Val GCC/Ala CAG/Glu 肺 癌 GGC/Gly GCC/Ala CTG/LeuKi-ras 正常細(xì)胞 GGT/Gly GCA/Ala CAA/Glu 肺 癌 TGT/Cys

10、GCA/Ala CAA/Glu 結(jié)腸癌 GGT/Gly GCA/Ala CAT/His N-ras 正常細(xì)胞 GGT/Gly GCT/Ala CAA/Glu 神經(jīng)母細(xì)胞瘤 GGT/Gly GCT/Ala AAA/Lys 肺 癌 GGT/Gly GCT/Ala CGA/Arg 圖 19- ras 基因的點(diǎn)突變和腫瘤29nLTR是逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組兩端的長末端重復(fù)是逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組兩端的長末端重復(fù)序列。序列。 nLTR結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)中含有強(qiáng)的啟動子序列含有強(qiáng)的啟動子序列。n當(dāng)病毒基因組整合到人的基因組中時，若當(dāng)病毒基因組整合到人的基因組中時，若LTR插入到原癌基因啟動子區(qū)域或鄰近處插入到原癌基因啟動子區(qū)

11、域或鄰近處，可啟動和促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄，激活原癌基因的表可啟動和促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄，激活原癌基因的表達(dá)。達(dá)。（2） LTR插入插入30（3）基因重排基因重排31（4）缺失）缺失n 很多原癌基因很多原癌基因5端存在負(fù)調(diào)控序列，一旦該端存在負(fù)調(diào)控序列，一旦該序列缺失或突變，則其抑制基因表達(dá)能力喪序列缺失或突變，則其抑制基因表達(dá)能力喪失。失。32（5）基因擴(kuò)增）基因擴(kuò)增n基因拷貝數(shù)增加，導(dǎo)致基因表達(dá)水平提高?；蚩截悢?shù)增加，導(dǎo)致基因表達(dá)水平提高。33（四）原癌基因編碼信號傳導(dǎo)中的組分（四）原癌基因編碼信號傳導(dǎo)中的組分n生長因子生長因子，如，如sis，n生長因子受體生長因子受體，如，如fms、erbB，n蛋白激酶

12、及其它信號蛋白激酶及其它信號傳導(dǎo)組分傳導(dǎo)組分，如，如src、ras、raf，n轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子，如，如myc、fos、jun。34原癌基因原癌基因功能功能相關(guān)腫瘤相關(guān)腫瘤sis生長因子生長因子Erwing網(wǎng)瘤網(wǎng)瘤erb-B受體酪氨酸激酶，受體酪氨酸激酶，EGF受體受體乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃癌、唾腺癌癌、唾腺癌rasG-蛋白蛋白肺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、直肺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、直腸癌腸癌src非受體酪氨酸激酶非受體酪氨酸激酶魯斯氏肉瘤魯斯氏肉瘤rafMAPKKK，絲氨酸絲氨酸/蘇氨酸激酶蘇氨酸激酶腮腺腫瘤腮腺腫瘤vav信號傳導(dǎo)連接蛋白信號傳導(dǎo)連接蛋白白血病白血病myc轉(zhuǎn)錄因

13、子轉(zhuǎn)錄因子Burkitt 淋巴瘤、肺癌、早幼淋巴瘤、肺癌、早幼粒白血病粒白血病myb轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子結(jié)腸癌結(jié)腸癌fos轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子骨肉瘤骨肉瘤35三、抑癌基因三、抑癌基因 （ Tumor-suppression genes）Brakes36n指存在于正常細(xì)胞內(nèi)的一大類可抑制細(xì)胞生指存在于正常細(xì)胞內(nèi)的一大類可抑制細(xì)胞生長并具有潛在抑癌作用的基因，當(dāng)這類基因長并具有潛在抑癌作用的基因，當(dāng)這類基因發(fā)生突變、缺失或失活時，可引起細(xì)胞惡性發(fā)生突變、缺失或失活時，可引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。37n正常細(xì)胞內(nèi)，抑制細(xì)胞生長，抑癌作用的基因正常細(xì)胞內(nèi)，抑制細(xì)胞生長，抑癌作用的

14、基因n在細(xì)胞生長中起在細(xì)胞生長中起負(fù)調(diào)控作用，抑制增殖，促進(jìn)負(fù)調(diào)控作用，抑制增殖，促進(jìn)分化、成熟和衰老分化、成熟和衰老。n此類基因突變、缺失或失活，引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)此類基因突變、缺失或失活，引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致腫瘤化，導(dǎo)致腫瘤n大多數(shù)抑癌基因是大多數(shù)抑癌基因是隱性基因隱性基因（一）抑癌基因的特點(diǎn)（一）抑癌基因的特點(diǎn)38effects of mutations in tumor-suppressor genes抑癌基因是抑癌基因是隱性的隱性的 ! ! 39（二）抑癌基因的表達(dá)產(chǎn)物（二）抑癌基因的表達(dá)產(chǎn)物n轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子np53, WT1n細(xì)胞周期因子細(xì)胞周期因子nRB, p16n信號通路因子信

15、號通路因子nNF1(一種一種ras GTPase活化蛋白活化蛋白)n磷脂酶磷脂酶nPTENnmRNA合成調(diào)控因子合成調(diào)控因子nVHL40411969年亨利年亨利.哈里斯和喬治哈里斯和喬治.克萊因克萊因42n雜交細(xì)胞由正常細(xì)胞得到某個特定基因雜交細(xì)胞由正常細(xì)胞得到某個特定基因n雜交細(xì)胞核型不穩(wěn)定雜交細(xì)胞核型不穩(wěn)定傳代過程中傳代過程中染色體染色體丟失丟失n丟失該基因所在染色體丟失該基因所在染色體惡性表型恢復(fù)惡性表型恢復(fù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明在正常細(xì)胞染色體上存在有抑制在正常細(xì)胞染色體上存在有抑制細(xì)胞惡性表型或阻止腫瘤形成作用的基因細(xì)胞惡性表型或阻止腫瘤形成作用的基因43The first id

16、entified tumor-suppressor genesExample 1：44RB基因的發(fā)現(xiàn)基因的發(fā)現(xiàn)n第一個被鑒定和克隆的抑癌基因第一個被鑒定和克隆的抑癌基因n兒童兒童視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（ retinoblastoma ）中發(fā)）中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)的n這類腫瘤中的這類腫瘤中的40具家族性，有遺傳傾向具家族性，有遺傳傾向n第第13 染色體染色體q14帶缺失，帶缺失，RB 基因位于這個區(qū)域基因位于這個區(qū)域45n全長：全長：200 kbn定位：定位：13q14.1n外顯子：外顯子：27 個個 內(nèi)含子：內(nèi)含子：26 個個n編碼產(chǎn)物：編碼產(chǎn)物：928 個氨基酸個氨基酸 n蛋白分子量：蛋白分子量

17、：110 kD46人人13 染色體染色體14q 帶帶中中兩個拷貝的兩個拷貝的RB基基因因丟失后，可導(dǎo)致丟失后，可導(dǎo)致視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤。4748What is the functions of RB ?49RB controlling cell cycle控制細(xì)胞周期。控制細(xì)胞周期?？刂瓶刂艷1 S50RbRb基因基因P110P110蛋白蛋白去磷酸化形式去磷酸化形式磷酸化形式磷酸化形式促進(jìn)細(xì)促進(jìn)細(xì)胞分裂胞分裂抑制細(xì)抑制細(xì)胞分裂胞分裂51在在G1期期：RB與與E2F結(jié)合，結(jié)合，抑制抑制E2F的活性。的活性。 E2F是一種轉(zhuǎn)錄因子是一種轉(zhuǎn)錄因子 它激活的靶基因的產(chǎn)物它激活的靶基因的產(chǎn)物為

18、為S 期所必需的。期所必需的。在在G1/S期期: RB被被周期蛋周期蛋白白/CDK2復(fù)合物復(fù)合物磷酸化，磷酸化，釋放釋放E2F E2F被激活，引發(fā)基因表被激活，引發(fā)基因表達(dá)達(dá)(DNA pol, histone etc.) 細(xì)胞從細(xì)胞從G1進(jìn)入進(jìn)入S RB controlling cell cycle52非磷酸化的非磷酸化的RB阻斷細(xì)胞周期阻斷細(xì)胞周期n正常細(xì)胞正常細(xì)胞：通過：通過RB 被磷被磷酸化來解除對細(xì)胞增殖的酸化來解除對細(xì)胞增殖的抑制抑制n腫瘤抗原（如腫瘤抗原（如SV40 T抗原）抗原）與與RB結(jié)合，使結(jié)合，使RB不能與不能與E2F結(jié)合，細(xì)胞周期可以自結(jié)合，細(xì)胞周期可以自由地進(jìn)入由地進(jìn)入

19、S 期期53Molecule of the year 1993Example 2：54n全長：全長：20Kbn定位：定位：17p13.1n外顯子：外顯子：11個個n編碼氨基酸：編碼氨基酸：393個個n分子量：分子量：53 kDn高度保守區(qū)：高度保守區(qū)：5 個個55n53 kD proteinnSingle allele mutation: Li-Fraumeni syndromen一種一種重重要的要的腫瘤腫瘤抑抑制因制因子子56The amino acid residues most frequently mutated in p53 from human tumors57What is th

20、e functions of p53 ?58野生型的野生型的p53限制細(xì)胞生長限制細(xì)胞生長缺乏缺乏p53，細(xì)胞生長失去限制細(xì)胞生長失去限制突變的突變的p53亞基亞基，阻止蛋白功能阻止蛋白功能細(xì)胞生長失去限制細(xì)胞生長失去限制59What is the pathway ?60阻斷細(xì)胞周期，阻斷細(xì)胞周期，使其停留在使其停留在G1期期維持基因組維持基因組穩(wěn)定性穩(wěn)定性細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡一種轉(zhuǎn)錄因子一種轉(zhuǎn)錄因子一種修復(fù)蛋白一種修復(fù)蛋白61nP53作為一種轉(zhuǎn)錄因子可激活多種途徑：作為一種轉(zhuǎn)錄因子可激活多種途徑：n（1）最主要的途徑是通過阻斷細(xì)胞周期使其）最主要的途徑是通過阻斷細(xì)胞周期使其停留在停留在G1期，期

21、， P53激活激活P21，P21是一種細(xì)胞是一種細(xì)胞周期抑制因子，能阻止細(xì)胞通過周期抑制因子，能阻止細(xì)胞通過G1期。期。n（2）P53能激活能激活GADD45，它能識別維持基它能識別維持基因組穩(wěn)定性的途徑。因組穩(wěn)定性的途徑。n（3）可引起細(xì)胞凋亡。）可引起細(xì)胞凋亡。62細(xì)胞細(xì)胞DNA損傷損傷P53G1期停滯期停滯突變突變P53無無G1期停滯期停滯63復(fù)制受損復(fù)制受損DNA變異變異細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡惡化惡化細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡修復(fù)修復(fù)S 期期64n正常情況下，正常情況下，P53蛋白很不穩(wěn)定，在細(xì)胞中水蛋白很不穩(wěn)定，在細(xì)胞中水平非常低，但當(dāng)細(xì)胞感覺到平非常低，但當(dāng)細(xì)胞感覺到DNA損傷時，就會損傷時，就會放慢放慢P53的降解，的降解，P53水平增加并起保護(hù)措施。水平增加并起保護(hù)措施。n(1)當(dāng)較高水平的當(dāng)較高水平的P53存在時存在時,阻斷細(xì)胞周期阻斷細(xì)胞周期,使其使其停在停在G1期時期時,對對DNA進(jìn)行修復(fù)進(jìn)行修復(fù).n(2)如果這種損傷太嚴(yán)重如果這種損傷太嚴(yán)重,以至無法修復(fù)時以至無法修復(fù)時,P53就就會起始細(xì)胞周期凋亡途徑會起始細(xì)胞周期凋亡途徑,將細(xì)胞剔除將細(xì)胞剔除,將受損將受損的的DNA永久的從生物體消除掉永久的從生物體消除掉.65A model for the funct