疾病的分子基础ppt课件

1 疾病的分子基础 生物化学与分子生物学系 1 基因结构改变引起的疾病： DNA或 RAN序列变化 基因表达异常引起的疾病：基因表达调控过程异常 从发病的分子机制来看，疾病可以分为 2 Simple overview of central dogma 3 degradation 4 5 多种因素纠缠 在一起，形成 复杂疾病 6 基因结构改变引起疾病的原理 1. 结构基因突变直接产生遗传效应 2. 结构基因突变引起 hnRNA剪接改变 如错义突变、无义突变、同义突变和移 码突变等，影响蛋白质的性质。 突变发生在 hnRNA剪接位点，有两种 情形，一是原有剪接位点消失；二是产 生新的剪接位点。但均产生异常蛋白质 。 7 基因结构 改变导致 蛋白质结构 、 蛋白质产量 发生改变，从而导致疾病。从本质上来说，均属于 分子病 。根据影响分子的类型可分为运输蛋白病、 免疫蛋白病、胶原蛋白病等。分子病的内容将在 医学遗传学 讲述。 如果基因结构改变影响的是一类特殊蛋白质 酶，则称为 酶蛋白病， 这里详细阐述。 8 9 由于基因突变导致酶蛋白缺失或活性异常而引起的机体 代谢紊乱所引起的疾病称为酶蛋白病（ enzyme protein disease）或先天性代谢缺陷。 需要强调的是：目前 绝大多数酶蛋白病均始于酶蛋白结构 的突变 ，因此以其为范例在 “ 基因结构改变导致的疾病 ” 讲述。酶蛋白病是从影响 基因类型的角度命名 ； “ 基因结 构改变导致的疾病 ” 从 分子改变的角度划分 ； 同一种疾病 可能由不同的基因结构改变导致，如点突变或缺失等 。 一、酶蛋白病研究简史 (1) 1908年：英国内科医生 Garrod A首次提出先天性代谢病概念：他研 究了尿黑酸尿症、白化病、戊糖尿症、胱氨酸尿症，认为这些疾病由代谢 障碍产生，提出 “ 先天性代谢缺陷 ” 这一概念。 (2) 1941年： Beadle GW和 Tatum EL，提出 “ 一个基因一种酶 ” 。 (3) 1949年： Pauling L，提出镰状细胞贫血症是 “ 分子病 ” 。 (4) 1952 年： Cori C F和 Cori G T, 研究了 I型糖原贮积症的发病原因。 (3) 1953年： Jervis G A, 发现 苯丙酮尿症由苯丙氨酸羟化酶缺陷引起 。 (4) 1956年： Ingram VM，发现镰状细胞贫血的发病机理 6 Glu 6 Val，等等。 人类的酶有 10 000种左右，但目前已明确的酶仅 200多种。 10 二、根据酶活性的变化对酶蛋白进行分类 1. 酶活性降低：占绝大多数。 2. 酶活性升高 11 影响翻译后修饰和加工 酶 +底物亲和力 酶 +抑制物亲和力 酶的稳定性降低（酶降解速率 ） 酶活性降低的原因 结构基因突变 调节基因突变：酶合成速率 12 酶活性 增高的原因 结构基因突变 酶 +底物亲和力 酶 +抑制物亲和力 酶合成速率 酶合成正常 ,但酶活性 调节基因突变 13 三、 酶蛋白病发病机制 酶缺乏致代谢终产物缺乏引起的疾病：如白化病 14 酶缺乏致代谢底物堆积引起的疾病 : 如糖原储积症 S1 S4 S2 E1-2 S3 E2-3 S4 E3-4 P E3-P S5 E4-5 S1 S1 S1 15 酶缺乏致代谢中间产物堆积和排出引起的疾病：如半乳糖血症 S1 S4 S2 E1-2 S3 E2-3 S4 E3-4 P E3-P S5 E4-5 S2 S2 16 酶缺乏致旁路产物增多引起的疾病 : 如苯丙酮尿症 S1 S4 S2 E1-2 S3 E2-3 S4 E3-4 P E3-P S5 E4-5 S2 S2 17 氨基酸代谢异常 18 (一 ) 苯丙酮尿症 （ Phenylketonuria,PKU ） 致病基因：由苯丙氨酸羟化酶（ phenylalanine hydroxylase,PAH）遗传性缺乏引起。 基因定位： 12q23.2, 全长约 90kb，含 13个外显子， 在中国人中已发现 10余种点突变。 AR病，发病率 1/11000 19 20 21 苯丙氨酸抑制酪氨酸脱羧酶活性，影响肾上腺素 和去甲肾上腺素合成及黑色素合成。 90以上 患者毛发发黄，肤白，甚至虹膜呈黄色（白种人 呈蓝色）。 苯丙氨酸抑制色氨酸羟化，旁路途径抑制 5-羟 色胺脱羧酶活性，影响色氨酸代谢，影响脑发育 。 旁路产物抑制了脑组织内 L-谷氨酸羧酶，使谷氨 酸脱羧基生成 -氨基丁酸减少，而后者对脑细胞 的发育及功能起重要作用。 病理生理 22 典型 PKU患儿出生时，外貌正常，约至 3 4个月时 ，渐出现智能发育不全，患儿步伐小，姿似猿猴， 肌张力增高，易激动，甚至惊厥（影响中枢发育） 。 小便或汗液有特殊臭味。（苯丙酮酸、苯乙酸、苯 乳酸的气味） 临床症状和体征 23 特殊类型：恶性苯丙酮尿症 （ BH4缺乏症，多种酶辅基 ） 临床症状类 似 PKU，但 更严重，预 后更差 24 诊断 经典型：症状 +FeCl3实验（尿液呈绿色） 恶性型： HPLC （生物蝶岭明显降低） 治疗 经典型：低苯丙氨酸饮食 恶性型：补充 BH4+L-DOPA+Carbidopa+5-HTP 预防：筛查 PKU的诊断、治疗和预防 附：从 OMIM 查找疾病致病基因突变： 以 PKU为例 OMIM 为 “0nline Mendelian Inheritance in Man”的简称 ，意即 “在线 人类孟德尔遗传 ”或 “网上 人类孟德尔 遗传 ”。持续更新的关于人类基因和遗传紊乱的数据库 。 主要着眼于可遗传的或遗传性的基因疾病，包括文本 信息和相关参考信息、序列纪录、图谱和相关其他数据 库。 / 25 26 27 28 29 30 31 (二 ) 尿黑酸血症 (alcaptonuria) 致病基因：尿黑酸氧化酶 (homogentisic acid oxidase )先天性缺乏引起，尿黑酸不能氧化 成乙酰乙酸和延胡索酸。 基因定位 3q21-23 AR病：发病率 1/250000， 症状和体征：新生儿和儿童，尿黑酸尿； 成人，尿黑酸尿、褐黄病和褐黄关节炎。 32 (三 ) 白化病 (albinism) 分为 I型和 II型，前者酪氨酸酶阴性，后者阳性； I型多 见，遗传系酪氨酸酶 (tyrosinase)缺乏； II型原因不明。 I型 致病基因定位： 11q14-q22 AR 病，发病率 1/35000-1/15000 全身性白化，患者皮肤呈白色 ,毛发银白或淡黄色 ,虹膜 及瞳孔呈淡红色 ,视网膜无色素 ,羞明 ,眼球震颤等 ,。 白化病患者 33 糖代谢病 34 35 (一 ) 半乳糖血症 I型，经典型：半乳糖 -1-磷酸鸟肝转移酶缺陷 基因定位： 9p13.3 II型：半乳糖激酶缺陷 基因定位： 17q25.1 III型：尿苷二磷酸半乳糖 -4表型异构酶缺陷 基因定位： 1p36.11 36 37 I型：呕吐、倦怠、腹泻、肝脏损害、白内障 严重者死于肝衰竭 38 II型：半乳糖尿、白内障、脑假瘤 III型：表型多样 预防：筛查，严格限制饮食中的乳糖成分。 (二 ) 糖原贮积症 (glycogen storage disease) 由糖原合成和降解酶缺陷引起的疾病，目前发现 13 种类型。 I型最为常见，症状较重 I型：葡萄糖 -6-磷酸酶缺乏；基因定位： 17q21.31。 AR遗传：发病率 1/200000 39 肝内葡萄糖 6-磷酸酶（ gG6Pase）缺乏， G6P不能转 变为葡萄糖供组织利用，通过可逆反应而合成过多 的肝糖原，引起患儿肝肿大。当不进食时极易发生 低血糖。由于动用脂肪可以出现酮血症； G6P通过 无氧酵解，生成大量乳酸，导致酸中毒。所以患者 的 肝大伴低血糖 ，发育不良，消瘦，身体矮小，常 有出血倾向。肝活检见糖原含量增加。 病理生理 40 Type I GSD 41 42 (三 ) 黏多糖累积症 1. 黏多糖累积症 I-H型 (Hurler syndrome)：常见类型，溶酶体 内缺乏 -L-艾杜糖苷酸酶，硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素沉 着。 AR病，患者多 10岁之前死亡。 43 2. 黏多糖累积症 I-S型 (Scheie syndrome)：也缺乏 -L-艾杜糖 苷酸酶，但突变类型不同，硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素 沉着。 AR病，但症状轻。 3. 黏多糖累积症 I-H/I-S型 (Hurler/Scheie复合综合征 )：症状 介于上述两者之间。 4. 基因定位 4p16.3. 44 黏多糖累积症 II型 (Hunter syndrome)：与 I-H类似，但无角膜 混浊或轻微，两者可区别。 XR，基因定位于 Xq27.3-28，硫酸 艾杜糖醛酸硫酸酯酶缺陷所致。 脂类代谢病 45 46 (一 ) Gaucher 病 分为急性型和慢性型，为 葡萄糖脑苷脂酶 缺乏，导致葡萄糖酰基鞘氨醇 沉积于网状内皮系统。可在脾、肝、淋巴结、骨髓见到 Gaucher细胞 AR病 : 基因定位于 1q21. 47 (二 ) Tay-Sachs病 也称为 GM2神经节苷脂累积症或家族性黑蒙性痴呆。 氨基己 糖苷酶 A缺乏 ， GM2神经节苷脂沉积所致。早期听觉过敏， 可见视网膜黄斑变性（樱桃样），进行性失明 AR病 :基因定位于 15q23-q24. 48 (三 ) Niemann-Pick病 鞘髓磷脂酶缺乏。肝脾肿大，全身或局部性淡褐色黄斑。患 者口腔黏膜有蓝色色斑，斑点中樱桃红小点，神经系统受损 ，最后白痴。 AR病 :基因定位于 11p15.4-p15.1. 49 Lesch-Nyhan综合征 自残综合征，患者 次黄嘌呤鸟嘌呤核糖基转移酶（ HPGRT） 活力缺乏 ，嘌呤合成增加，尿酸增多，代谢紊乱。患者高尿 酸血症和尿酸尿，可有痛风。 XR病 :基因定位于 Xq26-q27.2 嘌呤代谢病 50 51 卟啉 代谢病 52 急性间歇性卟啉症 尿卟啉原合成酶活性下， Heme合成减少， ALA活性增加，卟胆 原增多，从尿中排出。 胆绞痛、精神和神经症状间歇发作， 2/3患者肌肉麻痹。 AD病，纯合子致死，基因定位 11q23.3，药物可诱发。 53 精氨酸血症 精氨酸酶活性低下，血中和脑脊液中精氨酸浓度升高 血氨升高，智力发育迟缓、惊厥、嗜睡、呕吐等。尿中精氨酸 、胱氨酸、赖氨酸、瓜氨酸排出。 AR病，基因定位 6q23. 尿酸循环 代谢病 基因表达异常引起的疾病原理 基因结构改变引起的疾病是由于基因突变导致产 生的蛋白质发生了质变，基因表达异常引起的疾 病属于影响了基因表达的过程，如转录、 RNA降 解、蛋白质合成、蛋白质降解，任何一个过程异 常均可导致最终产物的量，从而引起疾病。 54 基因表达异常引起的疾病分类 1. 调控序列变异导致基因表达水平异常引起疾病 2. DNA甲基化异常导致基因表达水平异常引起疾病 3. 组蛋白异常修饰导致基因表达水平异常引起疾病 4. 非编码 RNA异常导致基因表达水平异常引起疾病 5. 翻译后加工运输障碍引起疾病 6. 蛋白质降解异常引起疾病 7. 细胞信号转导异常引起疾病 8. 病原生物基因引起疾病 55 1. 调控序列变异导致基因表达水平异常引起疾病 调控序列改变影响基因表达的强度，引起蛋白质合成量的 变化，这种变化超过一定范围，即可引起疾病 如： -珠蛋白基因转录起始点上游 30(-30)处有 TATA盒； -90 处及 -105处有 CACACCC调控序列。这些调控序列发生突变， 会使 -珠蛋白基因转录效率降低， -珠蛋白合成减少，引 起 +地中海贫血。常见突变 1. TATA盒： -32 (C A)、 -30(T C)、 -29( A G )、 -28(A G) 2. CACACCC序列也可发生突变 需注意： 地中海贫血也存在基因结构突变导致疾病的情况 56 地中海贫血的基 因突变，可发现 在多种结构，如 调控序列的启动 子区，结构基因 区均可发生突变 57 2. DNA甲基化异常导致基因表达水平异常引起疾病 基因区，尤其是启动子区的 CpG岛异常甲基化， 往往导致该基因异常表达，如癌基因的 CpG岛（ 尤其启动子区）的低甲基化 (癌基因表达升高 ) 或 抑癌基因的 CpG岛（尤其启动子区）高甲基化（ 抑癌基因表达下调）均可导致肿瘤发生。以抑癌 基因为例： 58 Manel Esteller, nature, 2007 59 3. 组蛋白异常修饰导致基因表达水平异常引起疾病 组蛋白存在多种修饰类型，多种修饰 组成组蛋白密码，共同影响所在基因 表达，当组蛋白修饰异常，导致基因 异常表达时，可导致疾病的发生。如 果影响癌基因或抑癌基因异常表达， 则导致肿瘤发生。如组蛋白去乙酰化 酶异常募集可导致急性粒细胞白血病 及淋巴瘤。 60 表观遗传修 饰异常与肿 瘤发生 61 4. 非编码 RNA异常导致基因表达水平异常引起疾病 非编码 RNA包括长链非编码 RNA和短链非编 码 RNA，前者从基因组水平调控基因转录； 后者通过转录后方式调控 mRNA稳定性及其 翻译效率。如 miRNA，如果其表达异常，则 其靶基因的表达水平也异常，影响蛋白质表 达水平。如果发生在癌基因或抑癌基因则可 导致肿瘤的发生。 62 miRNA与肿瘤 发生示意图 63 5. 翻译后加工运输障碍引起疾病 蛋白质需要翻译后加工修饰才有作用，如去掉信号肽、 基团修饰如糖基化、蛋白质折叠、运输到靶向部位等， 任何一个环节异常均可导致疾病。 例：酪氨酸酶合成后需要先在内质网折叠，然后运输到 高尔基体糖基化加工，再由运转囊泡转运到黑色素体发 挥作用。该过程异常会导致酪氨酸酶无法正确修饰和转 运，导致功能缺陷，黑色素合成障碍，这是部分白化病 发病的另一重要机制。 64 6. 蛋白质降解异常引起疾病 目前认为，蛋白质降解主要通过两种途径进行，泛素 蛋 白酶体途径和自噬途径。共同维持细胞内蛋白质、细胞 器水平的相对稳态，维持细胞生存，这些过程异常均可 导致疾病。 在神经退行性疾病、肿瘤等发病过程中，泛素 蛋白酶 体通路、自噬通路均发挥了重要作用。 如在阿尔茨海默病中，淀粉样蛋白 A选择性抑制 20S蛋白 酶体活性，影响神经元内蛋白质降解，影响疾病进程。 参考文献： The ubiquitin-proteasome system in neurodegenerative diseases: precipitating factor, yet part of the solution. Front Mol Neurosci. 2014; 7: 70. 65 7. 细胞信号转导异常引起疾病 细胞内外信号转导异常均可导致疾病。 例 1：受 siO2粉尘刺激，肺支气管上皮，尤其是肺泡巨噬 细胞能够大量分泌转化生长因子 TGF-1，后者作用于成 纤维细胞，促进细胞分裂和细胞外基质（ ECM）蛋白基因 表达，使细胞外基质蛋白成分合成和分泌增加，如 I、 III 、 V型胶原蛋白等； TGF-1还刺激 ECM相关受体表达；同 时成纤维细胞还分泌大量的其他细胞因子，如白细胞介 素 1（ IL-1）、肿瘤坏死因子等；这些因子反过来又刺激 成纤维细胞分泌大量 ECM，最终形成矽肺。 66 例 2：持续高血糖能够刺激心肌细胞、血管平滑肌细胞、 内皮细胞的的二脂酰甘油 DAG合成增加，进而刺激蛋白激 酶 C(PKC)的激活。活化的 PKC促进血管紧张素转换酶 ACE的 表达，进而导致血管紧张素 AngII水平升高； Ang II能够刺 激蛋白质合成增加，可导致心肌重塑和心肌肥大。最终 引起糖尿病性心肌病。 67 8. 病原生物基因引起疾病 1. 病原生物基因直接在机体组织器官表达，引起机械或生物 学损伤。 2. 病原生物基因在机体内的表达于人体争夺营养影响机体。 3. 病原生物基因表达产生的生物毒素作用于机体引起机体代 谢异常，导致疾病。 4. 病原生物基因可直接整合进入机体基因组，引起疾病。 68 基因结构异常和基因表达异常直接相互联系，相互影响。 如蛋白质翻译后修饰需要多种酶类参与，这些酶类的基因结 构改变、表达水平改变均可导致蛋白质修饰障碍导致疾病。 在复杂疾病系统中，各种因素往往交织在一起，甚至互为因 果，导致或促进疾病发生， 下面以肿瘤的发生为例展示癌基 因、抑癌基因基因结构、表达异常如何导致肿瘤。 69 肿瘤： 泛指一群生长失去正常调控的细胞 形成的新生物 （ neoplasm）。 肿瘤 85%为癌 (carcinoma)，源于上皮细胞； 2%为肉瘤 (sarcoma)，源于结缔组织、骨或肌肉组织； 5%为淋巴瘤 (lymphoma)，源于免疫系统特别是脾及淋巴结 的白细胞； 3%为白血病 (leukemia)，源于骨髓造血细胞。 70 - Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011， 144(5):646-74. 71 Sustaining Proliferative Signaling Somatic Mutations Activate Additional Downstream Pathways. u 40% of human melanoma: B-raf mutation u Mutation of PI-3K kinase Disruptions of Negative-Feedback Mechanisms that Attenuate Proliferative Signaling u Ras mutation: compromised GTPase activity u PTEN phosphatase u MTOR kinase Excessive Proliferative Signaling Can Trigger Cell Senescence 72 Evading Growth Suppressors Two canonical suppressors of proliferation: TP53 and Rb Mechanisms of Contact Inhibition and Its Evasion: invoving NF2 and LKB1 Corruption of the TGF- Pathway Promotes Malignancy. 73 Resisting Cell Death Apoptosis Autophagy Mediates Both Tumor Cell Survival and Death Necrosis Has Proinflammatory and Tumor- Promoting Potential: may be through angiogenesis. 74 Enabling Replicative Immortality Telomeres and Telomerase 75 Inducing Angiogenesis 76 Activating Invasion and Metastasis The EMT Program Broadly Regulates Invasion and Metastasis Distinct Forms of Invasion May Underlie Different Cancer Types: “collective invasion” and “amoeboid form of invasion” 77 肿瘤的遗传倾向 u单基因遗传的肿瘤 视网膜母细胞瘤 、肾母细胞瘤、皮肤鳞癌、嗜铬 细胞瘤、多发性神经纤维瘤等 视网膜母细胞瘤：眼部肿瘤，婴儿中发病率 1/20000 常染色体显性遗传 发病年龄早，多累及双眼 家族性（ 40%）和散发性（ 60%） 78 u多基因遗传的肿瘤 多为常见恶性肿瘤，遗传与环境因素共同作用 肺癌与芳羟化酶（ AHH）诱导活性的遗传多态性 79 癌基因与抑癌基因 80 肿瘤的发生在于平衡被打破 81 转化： 培养的正常细胞获得肿瘤特性称为 转化。 癌基因： 能够使细胞癌变，即体外引起细 胞转化、体内诱导肿瘤的基因统称为癌基 因 。 癌基因的发现与识别 历经数十年，产生数位诺贝尔奖 1966 Rous、 1975 Temin 、 1989 Bishop 82 1910年 Rous 发现鸡肉瘤病毒 (RSV-RNA反转录病毒）。 1970年， Martin等通过分析野生型 RSV和缺失转化能力的 变异株病毒基因的差别，发现细胞的恶性转化与 RSV基因 组中的一个特定基因 Src相关，命名为 V-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 c-oncogene或原癌基因。 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 oncogene。 83 病毒癌基因 RNA病毒癌基因：如 src，在宿主有副本，转导而来， 全 部是逆转录病毒 。 DNA病毒癌基因：病毒自身的基因。 细胞癌基因：相对于病毒癌基因，细胞中 正常的原癌基因 84 85 病毒癌基因是存在于肿瘤病毒基因组中、使靶细胞发生恶性 转化的基因 正常细胞内存在与病毒癌基因同源的基因 , 称为细胞癌基因 86 通过转染实验证明人体细胞中的癌基因 H-ras。 87 理解：理解： 细胞癌基因细胞癌基因 是 细胞正常生长、分化所必需的细胞正常生长、分化所必需的 ， 是生长发育过程中所不可缺少的。 在发育过程 中的一定时间、一定组织中定量的表达，产生 生命活动中所必需的蛋白质，促进某些生命过 程的进行，使生长发育得以实现。在机体生长 发育过程完成后多处于 关闭状态关闭状态 ，即 不表达或不表达或 低表达低表达 。 一旦在错误的时间，不恰当地点，不 适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于 恶性转化。 88 原癌基因 (proto-oncogene):正常细 胞内存在的、 参与细胞生长分化并具 有使细胞癌变潜能的基因 在 肿瘤细胞中原癌基因往往被激活， 处于活跃表达的状态 89 癌基因分类：根据其蛋白产物及生化特 征分为五类 生长因子：如 sis基因编码 PDGF 链。 生长因子受体：如 erbB2。 信号转导分子：如 src、 ras。 转录因子：如 c-myc、 c-fos、 c-jun。 细胞凋亡调控因子：如 bcl-2 。 可以看到，癌基因的分布可组成信号转导通路 90 癌基因在细胞内的分布 RTK-Ras-MAPK 通路 91 原癌基因的激活机制 92 93 细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活 ,导致基因表 达或过表达 ,从而使细胞癌变 , 一般分为 4类类 : 点突变点突变 基因扩增基因扩增 染色体染色体 易位或易位或 重排重排 启动子插入激活启动子插入激活 94 癌基因激活机制 基因突变：多为点突变， 单个单个 碱基突变而改变了 编码蛋白质的功能使癌 基因激活 . 突变 K-ras、 N- ras、 H-ras， 12、 13、 61codon。 结合 GTP的蛋白 95 基因扩增（ gene amplification） u细胞学： 均质染色区 (HSR)染色体某个节段、相对解旋、浅染 区 ,染色体增长。 双微体 (DM)扩增的 DNA脱离染色体 , 分散为成双的染 色质小体 u分子水平： 基因拷贝倍增。神经母细胞瘤 N-myc 96 均质染色区（均质染色区（ HSR ）和双微（）和双微（ DM ） 97 3. 染色体重排 染色体断裂与重排导致细胞癌基因在染色 体上的位置发生改变 ,易位到启动子或增强 子附近而被激活 ,或与其他高表达基因形成 融合基因 . CML t（ 9； 22） 9q+ 和 22q-（ Ph） bcr/abl BL t（ 8； 14） 8q- 和 14q+ 98 99 人类肿瘤的代表性癌基因及其分类 前癌基因作用 癌基因 活化机制 亚细胞定位 人类的肿瘤 生长因子 ： PDGF-链 sis 过度表达 细胞外 星形细胞，骨肉瘤，乳腺癌等 FGF hst-1 过度表达 细胞外 胃癌，胶质母细胞癌 生长因子受体 ： （具蛋白质激酶活性） EGFR家族 erb-B1 过度表达 透膜 肺鳞癌，脑膜瘤，卵巢癌等 erb-B2 扩 增 透膜 乳腺癌，卵巢癌，肺癌，胃癌等 erbB-3 过度表达 透膜 乳腺癌 csf-1受体 fms 点 突 变 透膜 白血病 参与信息转导蛋白质 ： 结合 GTP H-ras 点 突 变 胞膜内 甲状腺癌，膀胱癌等 K-ras 点 突 变 胞膜内 结肠癌、肺癌、胰腺癌等 N-ras 点 突 变 胞膜内 白血病，甲状腺癌 细胞核调节性蛋白质： 转录活化物 c-myc 易 位 核 内 Burkitt淋巴瘤 N-nyc 扩 增 核 内 神经母细胞瘤，肺小细胞癌 L-myc 扩 增 核 内 肺小细胞癌 u肿瘤抑制基因 /抑癌基因 （ Tumor Suppressor Gene ， TSG） 正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖 分化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。 100 u克隆第一个 TSG RB1 ： 1976年 对多个 RB 患者 Chr缺失鉴 定，最后确定于 13q14.1-13q14.2 101 102 u1983年 Cavanee用 13q12-q14片段为探针经杂交实验确证存 在此区域存在一个 4.7kb的基因 u1986年 Friend 首先分离一 cDNA 克隆。 u Lee WH又克隆了三个重叠的 cDNA克隆，进行 RB基因测序。 u1988年 Su Huang HJ用反转录酶为载体将 RB导入 RB细胞系， 基因表达并抑制肿瘤特征，证实 RB1是一个 TSG。 uRB1： 200kb长， 27exons mRNA 4.7kb，编码 110kd蛋白， 924个氨基酸 , 控制细胞的 分裂与增殖 调控 E2F蛋白 RB1基因 103 Rb-E2F通路 104 uP53 功能形式为四聚体： 17p13.1 多种类型肿瘤中都存在其突变和缺失而致肿瘤的 发生，在约 50的肿瘤细胞中，可以检测到 P53发 生了突变 P53的突变或缺失将使细胞受在到辐射损伤或致癌 物刺激时无法阻断细胞周期，细胞失去了对 G1期的 监控功能，使细胞带着受损伤的 DNA继续分裂（ G1S)，加速了基因组的不稳定性，导致一系列突 变的积累，最终转化成逃避监控的恶性细胞。 P53失活机制 P53基因自身突变，导致 P53蛋白丧失与 DNA结合的能力， 这是 P53基因失活的最重要机制。 MDM2癌基因的负调节。 MDM2是 p53的靶基因， p53蛋白 激活 MDM2基因的表达，而 MDM2蛋白可与 p53蛋白结合， 抑制 p53蛋白的功能，同时 MDM2蛋白可催化 p53蛋白的降 解，从而形成一个反馈调节环，负调节 p53蛋白活性。 p53蛋白与癌基因产物之间的相互作用可能是其失活的另 一个重要原因。 DNA肿瘤病毒蛋白，如 SV40大 T抗原可与 p53蛋白结合，抑制其功能活性并促进其降解。 105 106 uBRCA1和 BRCA2 多种类型肿瘤中都存在其突变和缺失而致肿瘤的 发生，尤其是家族性乳腺癌中。 生物学功能与 DNA Repair密切相关。 107 一些重要的 TSG TSG 染色体定位 TSG 染色体定位 p53 17p13.1 RB 13q14.1 WT1 11p13 p16 9q21 P15 9q21 NF1 17q1.2 P21 6p21.1 p27 12p13 BRCA1 17q12 DCC 8q21.2 FAP 5q21 p73 1p36.33 NM23 17q21.3 108 癌基因 Normal genes (regulate cell growth) 1st mutation (leads to accelerated cell division) 1 mutation sufficient for role in cancer development 109 抑癌基因 Normal genes (prevent cancer) 1st mutation (susceptible carrier) 2nd mutation or loss (leads to cancer) 110 Epigenetics and cancer 111 112 113 肿瘤发生的相关学说 u两次打击学说 Alfred Knudson 1971 两次打击（ two hit）学说： 连续两次基因突变使正常细胞转化为癌细胞。 生殖细胞突变 +体细胞突变 遗传性肿瘤 正常体细胞两次突变 散发性肿瘤 114 二次突变学说： 20世纪 70年代 Alfred Knudson提出 视网膜细胞瘤是由两个独立并连续的基因突变产生的，即由二次突变 事件引起的。遗传性肿瘤病例中，第一次突变发生于生殖细胞，并且 传递给胚胎发育的每一个体细胞，而第二次突变随机发生在体细胞中 。而非遗传性视网膜母细胞瘤是同一体细胞发生两次独立的突变。因 此前者具有发病早，双侧发病，有家族史等特点，而后者则相反。这 一学说能最简单的解释肿瘤的显性遗传特征，还可以解释在其他情况 下，肿瘤的发生是一种隐性事件，即野生型基因产物可以抑制肿瘤产 生，肿瘤中这一对等位基因发生了失活。这一学说除了被用于分析视 网膜母细胞瘤外，还被用于解释肾胚胎细胞癌等儿童肿瘤的发病原因 及