核糖體與癌癥PPT課件

1、 核糖體(ribosome)亦稱核蛋白體，由rRNA和80多種蛋白質(zhì)組成。是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的重要場所。單核糖體有二個(gè)亞基，分別稱為大亞基和小亞基。第1頁/共28頁一、核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、核糖體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 單個(gè)核糖體為葫蘆形小體，大亞基體積為小亞基的一倍。在大小亞基結(jié)合面上有一條隧道，是mRNA穿過的地方，而大亞基上還有一個(gè)孔道是新合成肽鏈釋放的通道。 核糖體上有4個(gè)活性部位，分別為：受位、供位、肽基轉(zhuǎn)移酶位和GTP酶位。它們與肽鏈合成有關(guān)。第2頁/共28頁二、核糖體存在類型二、核糖體存在類型 單核糖體：無蛋白質(zhì)合成能力 多核糖體：單核糖體由mRNA串聯(lián)在一起，是合成蛋白質(zhì)的功能單位。 游離核糖

2、體：游離于胞質(zhì)中 附著核糖體：附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上第3頁/共28頁原核生物核糖體組成第4頁/共28頁真核生物核糖體組成第5頁/共28頁多核糖體第6頁/共28頁多核糖體電鏡圖第7頁/共28頁三、核糖體自組裝三、核糖體自組裝 核仁組織區(qū)（NOR） rDNA 45SrRNA 18SrRNA 32S中間體 40S小亞基 28SrRNA 5.8SrRNA 5SrRNA 60S大亞基 核糖體第8頁/共28頁四、核糖體與癌癥四、核糖體與癌癥 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的最終執(zhí)行者，核糖體擔(dān)負(fù)著細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成，因此核糖體在整個(gè)生命過程中發(fā)揮重要功能。 核糖體的生物合成和轉(zhuǎn)錄控制在細(xì)胞處理過程中多個(gè)水平進(jìn)行。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)

3、一些腫瘤抑制子和前癌基因可以影響核糖體成熟，通過改變蛋白質(zhì)合成機(jī)器中的某些組分而誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生。第9頁/共28頁rRNA合成途徑 核仁 Pol I 細(xì)胞周期:S期和G2期rRNA合成達(dá)到高峰，分裂期受到抑制，G1期又開始恢復(fù) 第10頁/共28頁 原癌基因/腫瘤抑制子 轉(zhuǎn)錄因子UBF(可結(jié)合于rRNA啟動(dòng)子 UCE（上游控制元件）和核心 ) Pol I rRNA合成第11頁/共28頁調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)UBFUBF活性的蛋白質(zhì)活性的蛋白質(zhì) CKII（酪蛋白激酶II）: 可以使UBF C-末端磷酸化，并以此調(diào)解rDNA轉(zhuǎn)錄。 復(fù)合物G1期特異的細(xì)胞周期蛋白依賴的激酶和細(xì)胞周期素CDK4-cylin-D1和CD

4、K2-cyclin-E:可直接磷酸化UBF 484和388位絲氨酸，以利于UBF和polI之間相互作用，并在細(xì)胞周期調(diào)節(jié)中控制rRNA合成。 特異生長因子 :表皮生長因子（EGF）通過細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）活化來傳遞信號(hào)能夠直接調(diào)節(jié)UBF活性 . 磷酸酶 :有絲分裂期和G1早期rRNA合成終止是由于UBF去磷酸化失活造成的，這是磷酸酶作用的結(jié)果。因此上調(diào)rRNA合成的激酶的能力將受限于細(xì)胞周期的特殊時(shí)期。 蛋白磷酸酶：腫瘤抑制子蛋白磷酸酶（PP2A）介導(dǎo)了UBF的去磷酸化 。 轉(zhuǎn)錄起始因子TIF-IA ：rRNA合成的波動(dòng)（發(fā)生于影響細(xì)胞生長的各種條件下）也與轉(zhuǎn)錄起始因子TIF-IA的活

5、性相關(guān)。哺乳動(dòng)物TIF-IA在polI和rDNA啟動(dòng)子的前啟動(dòng)復(fù)合物之間起到一個(gè)橋梁的作用 第12頁/共28頁RB和p53對(duì)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié) RB UBF rRNA RB是視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)瘤蛋白 ，為腫瘤抑制子具有調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的能力 ，RB基因在人類腫瘤中經(jīng)常是遭到破壞的。 p130屬RB家族，與RB一樣可以通過抑制UBF活性影響蛋白質(zhì)合成。 因?yàn)閁BF與RB/ p130結(jié)合阻止了UBF招募pol I活化所必需的其它共因子 。第13頁/共28頁 P53：腫瘤抑制子p53可以通過直接干擾一種蛋白質(zhì)復(fù)合物（這種蛋白質(zhì)復(fù)合物為rRNA啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄起始所必需）的裝配來抑制pol I轉(zhuǎn)錄。 在共轉(zhuǎn)染分析中

6、野生型p53能夠抑制pol I轉(zhuǎn)錄活性；而與野生型相比p53裸細(xì)胞pol I轉(zhuǎn)錄活性提高。 腫瘤細(xì)胞中RB失活突變通常伴隨著p53突變，兩種突變對(duì)于pol I活性在腫瘤發(fā)生中也許具有協(xié)同作用。第14頁/共28頁 p53和RB家族成員也表現(xiàn)為對(duì)pol III的控制 。Pol III負(fù)責(zé)合成各種各樣小的穩(wěn)態(tài)的RNAs，其中包括一些核糖體的組分，例如5SrRNA，還有一些tRNA。 與野生型細(xì)胞相比，p53和RB裸細(xì)胞中的Pol III轉(zhuǎn)錄活性是提高的。認(rèn)為上述兩種腫瘤抑制子通過與TF-IIIB直接的、失活的相互作用而負(fù)性調(diào)節(jié)pol III介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄。（TF-IIIB為一共活化子復(fù)合物，負(fù)責(zé)pol

7、III介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄）。因此，腫瘤細(xì)胞中p53和RB的丟失可能是通過異常上調(diào)蛋白質(zhì)合成機(jī)器中必要組分而致細(xì)胞增殖提高。 第15頁/共28頁 由于核糖體合成的提高而產(chǎn)生的效應(yīng)結(jié)果來源于對(duì)果蠅腫瘤抑制子突變體brat（腦腫瘤）的研究。 brat基因在蒼蠅中編碼可調(diào)節(jié)rRNA合成的一種蛋白質(zhì)。純合子brat突變的蒼蠅可因腦腫大死亡，腦體積可達(dá)到正常蒼蠅腦體積的8倍，如具有潛在轉(zhuǎn)移能力的惡性視神經(jīng)瘤。 在C-線蟲brat純合子為ncl-1，其對(duì)polI/polIII具有直接的負(fù)調(diào)節(jié)作用，并且蒼蠅中的brat有能力挽救線蟲ncl-1突變表型。這說明此種蛋白質(zhì)功能在進(jìn)化過程中是保守的。 第16頁/共28頁Br

8、at-突變腫瘤可以使rRNA合成提高。但是哪一個(gè)brat蛋白調(diào)節(jié)了polI轉(zhuǎn)錄活性的精確機(jī)制還不清楚。brat突變細(xì)胞比野生型細(xì)胞更大，他們有增大的細(xì)胞核，這與總rRNA產(chǎn)物增加有關(guān)。這些結(jié)果說明brat突變腫瘤表型將能夠引起細(xì)胞過渡生長和核糖體合成增加。細(xì)胞生長和核糖體功能提高之間的關(guān)系通常與轉(zhuǎn)錄機(jī)器的過渡產(chǎn)生有關(guān)。但是是否這是唯一的一種聯(lián)系還需要進(jìn)一步確認(rèn)，因?yàn)楫a(chǎn)生更多核糖體的細(xì)胞可以提供更大的空間通載過量蛋白質(zhì)，或者是否細(xì)胞提及的增大真正啟動(dòng)了腫瘤的發(fā)展。 第17頁/共28頁核糖體蛋白和腫瘤發(fā)生核糖體蛋白和腫瘤發(fā)生 在核糖體中，r-pr的作用最初是認(rèn)為其作為分子伴侶穩(wěn)定rRNA結(jié)構(gòu)，保證

9、rRNA的正確折疊。 近年來利用X-射線晶體學(xué)和低溫電子顯微鏡方法對(duì)核糖體結(jié)構(gòu)研究得出的結(jié)論使我們對(duì)rRNA不同區(qū)域的特殊作用有了新的認(rèn)識(shí)，包括在蛋白質(zhì)合成的不同階段核糖體蛋白質(zhì)的功能。如核糖體蛋白質(zhì)能調(diào)整核糖體與mRNA之間相互作用，包括起始和延長因子。 第18頁/共28頁單一蛋白質(zhì)突變控制核糖體生物合成單一蛋白質(zhì)突變控制核糖體生物合成 低等生物 L16：在酵母菌中進(jìn)行的基因靶向試驗(yàn)表明單一一種蛋白質(zhì)的去除如L16，導(dǎo)致60s核糖體大單位減少，這直接與多核糖體減少和細(xì)胞增殖缺陷相關(guān)。因此僅一種核糖體蛋白質(zhì)的表達(dá)被破壞就能夠引起核糖體產(chǎn)生的減少。 其它的蛋白質(zhì)：在果蠅中，單一的核糖體蛋白質(zhì)突變

10、就可以導(dǎo)致一組綜合性突變，被稱為minute。 Mintue 蒼蠅是以體積減少為特征，失去生育能力和隱性的致死性。許多直接和間接的證據(jù)已經(jīng)證實(shí)minute細(xì)胞核糖體含量降低，因此蛋白質(zhì)合成能力降低。蛋白質(zhì)合成的減少導(dǎo)致了細(xì)胞生長和增殖的降低。第19頁/共28頁高等生物： S6：小鼠中去除40s核糖體蛋白質(zhì)S6，直接導(dǎo)致了核糖體生物合成的缺陷和細(xì)胞增殖的降低。而S6磷酸化可以被癌細(xì)胞中失調(diào)的細(xì)胞外信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。S6磷酸化與特異的一組被稱為TOP的mRNA翻譯相關(guān)（TOP:a terminal oligopyrimidine bract in the 5 untranslated region(U

11、TR)）。這組mRNA包括編碼核糖體蛋白延長因子1A1和1A2（EEF1A1和EEF2）以及其它一些與核糖體生物合成和轉(zhuǎn)錄控制有關(guān)的蛋白質(zhì)。由TOP基因編碼的蛋白質(zhì)本身即為一種原癌基因，例如EEF2EEFIA的一種異構(gòu)體在原發(fā)子宮癌中增多，EEF2的過表達(dá)在成纖維細(xì)胞以及異種移植腫瘤模型中是致癌原因。因此，TOP基因的表達(dá)失調(diào)也許啟動(dòng)了腫瘤的發(fā)生。此外，假如大多數(shù)TOP基因編碼的蛋白質(zhì)可以上調(diào)蛋白質(zhì)合成，那么S6磷酸化可導(dǎo)致細(xì)胞中所有蛋白質(zhì)合成的增加也許存在反饋環(huán)。 哺乳動(dòng)物中，S6磷酸化的調(diào)節(jié)是非常復(fù)雜的。這種復(fù)雜性提高歸因于另一種激酶S6K2的存在。 第20頁/共28頁 S3a ：在腫瘤細(xì)

12、胞中過量表達(dá)。顯然單個(gè)核糖體蛋白質(zhì)刪除在許多模型組織中可以直接影響細(xì)胞的生長，但是對(duì)核糖體蛋白質(zhì)的過量表達(dá)還沒有清晰明朗的認(rèn)識(shí)。核糖體蛋白質(zhì)S3a過量表達(dá)可以誘導(dǎo)NIH3T3細(xì)胞轉(zhuǎn)型突變，并在裸鼠中誘導(dǎo)腫瘤的產(chǎn)生。S3a誘導(dǎo)轉(zhuǎn)型突變的能力依賴于其抑制程序性死亡的作用，因此S3a也許引起了抗凋亡蛋白的上調(diào)。 第21頁/共28頁MYCMYC（原癌基因產(chǎn)物）和（原癌基因產(chǎn)物）和PTENPTEN（腫瘤抑制子）（腫瘤抑制子） 原癌基因產(chǎn)物MYC和腫瘤抑制子PTEN通過對(duì)核糖體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄和S6K活性的調(diào)節(jié)表現(xiàn)出對(duì)核糖體生物合成的直接調(diào)節(jié)作用。c-MYC編碼轉(zhuǎn)錄因子，在一些B細(xì)胞特異的腫瘤和其它的幾種瘤形成

13、中，c-MYC由于基因組失常而失調(diào)。 在免疫球蛋白重鏈增強(qiáng)子的控制下，共刺激表達(dá)c-MYC的小鼠表現(xiàn)為細(xì)胞體積增加，對(duì)細(xì)胞體積的影響貫穿于B細(xì)胞分化的各個(gè)階段，并且與細(xì)胞周期有關(guān)，因此，G0/G1期或G2期的細(xì)胞比對(duì)照組的體積更大一些。如上述所討論的，單一的核糖體蛋白質(zhì)過渡表達(dá)并不能最終決定蛋白質(zhì)的合成。然而，MYC過渡表達(dá)細(xì)胞可以上調(diào)核糖體蛋白質(zhì)，并導(dǎo)致細(xì)胞體積增大和S35的合成，因此，MYC在細(xì)胞中調(diào)節(jié)所有蛋白質(zhì)的合成。 NMYC：是MYC家族成員。在NMYC-轉(zhuǎn)染細(xì)胞中，另一組上調(diào)的基因表達(dá)的是核仁蛋白B23。第22頁/共28頁 MYC的過度表達(dá)已經(jīng)說明可以使細(xì)胞體積增大，也許是因?yàn)檫@些

14、細(xì)胞提供了更大的蛋白質(zhì)合成能力。是否細(xì)胞體積的增大而使這些細(xì)胞經(jīng)歷了轉(zhuǎn)型突變還不清楚。更多的研究盡管超出了本綜述的范圍，目前主要集中在原癌基因是否有能力通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的大小使這些細(xì)胞在癌發(fā)生過程中對(duì)獲得再次突變更有易感性。 第23頁/共28頁 PTEN是一種磷酸酶，可以通過去磷酸化而使PI3K途徑發(fā)生降調(diào)解，PI3K信號(hào)可以使S6K活性提高，同時(shí)S6核糖體蛋白質(zhì)過渡磷酸化，這些過程可受到激酶mTOR的調(diào)節(jié)。腫瘤抑制子PTEN也可以調(diào)節(jié)細(xì)胞體積的大小，并且也與核糖體的生物合成有關(guān)。 PTEN 對(duì)S6是一種負(fù)性調(diào)節(jié) 在許多腫瘤細(xì)胞中PTEN是突變的 帕雷霉素- mTOR抑制劑 ，防止了由PI3K或A

15、KT介導(dǎo)的真核細(xì)胞轉(zhuǎn)型突變的誘導(dǎo) 第24頁/共28頁癌癥和核糖體的生物合成 先天性角化不良癥 DKC1編碼假尿嘧啶合成酶，通過在特異位點(diǎn)將尿嘧啶轉(zhuǎn)變成假尿嘧啶而介導(dǎo)了rRNA轉(zhuǎn)錄前的調(diào)節(jié)。DKC1基因的突變與DC相關(guān)。 在酵母和蒼蠅中，DKC1的缺陷導(dǎo)致了rRNA修飾的損傷與核糖體生物合成過渡有關(guān) DKC1也與端粒酶中的RNA合成相關(guān)，是否核糖體功能障礙引起了DC的病理過程仍需在動(dòng)物模型中進(jìn)一步驗(yàn)證。 第25頁/共28頁 先天性障礙性貧血：這種疾病已經(jīng)被確定與核糖體蛋白質(zhì)S19突變相關(guān) ，一種由于核糖體合成缺陷而使機(jī)體具有癌癥易感性的疾病。 在Drosophila中，僅一個(gè)核糖體蛋白質(zhì)的突變既

16、可以造成minutue表型。先天性障礙性貧血病人，在出生時(shí)有一個(gè)生長不足，表現(xiàn)為嚴(yán)重的生長遲緩現(xiàn)象。 兩這是否具有相同的發(fā)生機(jī)制還需要進(jìn)一步闡明。第26頁/共28頁小結(jié)小結(jié) 核糖體的生物合成和翻譯可在多水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，并與適宜的細(xì)胞生長和增殖相關(guān)。蛋白質(zhì)合成中關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)丟失也許與癌癥啟動(dòng)和發(fā)生有關(guān) 細(xì)胞周期的特異時(shí)期，rRNA合成，以及蛋白質(zhì)合成機(jī)器組分的合成，磷酸化是一個(gè)非常重要的步驟 p53和RB可以抑制Pol I和pol III轉(zhuǎn)錄活性。在癌細(xì)胞中，這些腫瘤抑制子發(fā)生失活突變，使Pol I和pol III轉(zhuǎn)錄活性失調(diào)而可能造成腫瘤發(fā)生 在一些腫瘤細(xì)胞中，某些核糖體蛋白過表達(dá)，但是這種過表達(dá)是否直接與癌癥發(fā)生有關(guān)還需要進(jìn)一步說明 MYC和PTEN是核糖體