课件：癌基因分子生物学肿瘤发生的分子基础.ppt

2019/8/31,DNA,RNA,Protein,2 核酸的结构和性质,3 基因与基因组,5 DNA的复制,6 基因的转录,7 转录后加工,9 基因表达调控,8 蛋白质生物合成及加工,绪论,1 绪论,4癌基因分子生物学,第四章 癌基因的分子生物学,肿瘤发生的分子基础,【教学要求与目的】,重点掌握： 1. 导致肿瘤的发生的分子生物学基础是什么？ 2. 细胞癌基因和病毒癌基因的区别在哪里？ 3. 原癌基因的激活机制有哪些？ 4. 抑癌基因失活可能引起哪些后果？,人为什么会得癌症？癌症是什么？它从哪里来，又是怎么害人的？,癌症，也叫恶性肿瘤，相对的有良性肿瘤。肿瘤是指机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞异常增生而形成的局部肿块。良性肿瘤容易清除干净，一般不转移、不复发，对器官、组织只有挤压和阻塞作用。但恶性肿瘤还可以破坏组织、器官的结构和功能，引起坏死出血合并感染，患者最终可能由于器官功能衰竭而死亡。,癌症病变的基本单位是癌细胞。人体细胞老化死亡后会有新生细胞取代它，以维持机体功能。可见，人体绝大部分细胞都可以增生，但这种增生是有限度的，而癌细胞的增生则是无止境的，这使患者体内的营养物质被大量消耗。,同时，癌细胞还能释放出多种毒素，使人体产生一系列症状。如果发现和治疗不及时，它还可转移到全身各处生长繁殖，最后导致人体消瘦、无力、贫血、食欲不振、发热及脏器功能受损等。,本来，人体这个生物机器运行得天衣无缝，然而癌症改变了这种情形，它的任务就是破坏。如果继续下去，就将拖垮人体。但是，肿瘤不像病毒，不是体外入侵者，它的成分和正常组织一样，因此机体无法对它进行识别免疫,很多人说，人体内都有癌细胞，只不过没发展起来。从医学上讲，如果能查出癌细胞，就可以诊断这个人患癌症了。所以，这种说法并不正确。现在医学家认为：人人体内都有原癌基因，而不是人人体内都有癌细胞。,癌细胞由何而来？,肿瘤细胞由“叛变”的正常细胞衍生而来，经过很多年才长成肿瘤。“叛变”细胞脱离正轨，自行设定增殖速度，累积到10亿个以上我们才会察觉。 癌细胞的增殖速度用倍增时间计算，1个变2个，2个变4个，以此类推。比如，胃癌、肠癌、肝癌、胰腺癌、食道癌的倍增时间平均是33天；乳腺癌倍增时间是40多天。由于癌细胞不断倍增，癌症越往晚期进展得越快。,原癌基因主管细胞分裂、增殖，人的生长需要它。为了“管束”它，人体里还有抑癌基因。平时，原癌基因和抑癌基因维持着平衡，但在致癌因素作用下，原癌基因的力量会变大，而抑癌基因却变得较弱。,因此，致癌因素是启动癌细胞生长的“钥匙”，主要包括精神因素、遗传因素、生活方式、某些化学物质等。多把“钥匙”一起用，才能启动“癌症程序”；“钥匙”越多，启动机会越大。我们还无法破解所有“钥匙”，因此还无法攻克癌症。,一、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基因组中一个特定的基因src相关，该基因被命名为病毒癌基因（viral oncogene, v-onc），即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(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。,癌基因（oncogene）：一般可定义为某种基因，它的异常表达或表达产物的异常直接决定细胞恶性表型的产生。就是在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的可以导致细胞恶性转化的核酸片断。,二、癌基因的概念,病毒癌基因和细胞癌基因（或者原癌基因） 无论病毒癌基因还是细胞癌基因被激活后均有诱导肿瘤发生的作用，所以有时候我们又将肿瘤细胞中的癌基因称为肿瘤癌基因。,根据其来源，癌基因可以分为两类：,原癌基因 ( proto-oncogene，pro-onco ) 在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同源顺序。这种基因是正常的细胞基因，其表达产物的功能在于维持细胞的正常生长发育。但是，这种基因一旦被某些因素激活就会转变成有转化能力的癌基因。,病毒癌基因 ( virus-oncogene；v-onco ) ： 指病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。,细胞癌基因概述,细胞癌基因是细胞正常生长、分化所必需的，是生长发育过程中所不可缺少的。 这些细胞癌基因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。 这些细胞癌基因在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态，即不表达或低表达。 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。,病毒癌基因与细胞癌基因非常相似，主要不同之处在于： 细胞癌基因：含有内含子或者插入顺序。 病毒癌基因：不含有内含子。 二者在外显子序列中仅有非常微小的差别，他们的外显子在进化过程非常保守，这表明他们编码的蛋白质产物在进化上的重要性。,三、病毒癌基因与细胞癌基因的差别,根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。 1 . 蛋白激酶类 酪氨酸蛋白激酶： src、fgr、yes。 丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶： raf、mos、 2 . 生长因子类 sis PDGF-2 ； int-2 EGf 的相似物； erb-B EGf 受体 3 . GTP结合蛋白类 产物具有GTP酶的活性 ras ( H-ras；K-ras ) 4 . 核蛋白类 产物与DNA 结合，与复制启动有关 myc；fos；jun；erb-A,四、 病毒癌基因的分类,原癌基因的分类与病毒癌基因一样，根据其蛋白质产物的功能、性质可以分为以下几类： 蛋白质激酶类： c-raf；c-mos； 信息传递蛋白类：c-ras 家族 生长因子类： c-sis 核蛋白类： c-myc；c-fos,五、原癌基因,六、癌基因的激活机制,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，不同的癌基因激活的机制与途径不同，一般分为4类:,癌基因的激活机制,点突变（point mutation） 病毒诱导与启动子插入激活 基因扩增（gene amplification） 染色体易位或重排 (chromosome translocation or recombination),1. 点突变（point mutation）,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,突变原理： 在一些化学诱变剂，如亚硝胺甲脲 ( NMU ) 诱发乳腺癌细胞基因组，活化 Ha-ras 基因，推测 NMU 能够引起鸟嘌呤 O6 为甲基化。如不能被修复，则在复制时，鸟嘌呤被腺嘌呤取代，则其 p21 蛋白的序列发生点突变，导致甘氨酸 天冬氨酸。,12 位 甘氨酸,天门冬 氨 酸,GC GC GC GC AC AT CG CG CG,O6 甲基化 复制,2. 启动子插入（promoter insertion） 接种 412个月 ALV 鸡（1日龄） B.C淋巴瘤 （ ALV-鸟类白细胞组织增生病毒，含有LTR ，具有启动子，一旦整合到细胞癌基因c-MYC旁可使之激活 ）,3. 基因扩增（gene amplification） 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、成双的染色质小体 分子水平： 基因拷贝倍增。神经母细胞瘤 N-myc,DNA扩增与癌基因 细胞内一些基因通过不明原因的复制成多拷贝，这些DNA以游离的形式存在称双微体（DMS）或再次整合入染色体形成均染区（HSR），它一般表示染色体结构破坏和不稳定性。基因拷贝数增多往往导致基因表达增多。因此，可以认为基因扩增和过量表达均可影响细胞正常生理功能。,均质染色区（HSR）和双微（DM）,2019/8/31,27,可编辑,染色体的易位类似于启动子的插入。 染色体的易位导致癌基因的重排，从而激活癌基因。 最为典型的是 t ( 9q34；22q11 ) t ( 8q24；9q32 ),4.易位激活,染色体重排与癌基因,最初研究发现在淋巴瘤和淋巴细胞白血病中存在免疫球蛋白或T细胞受体基因与未知染色体基因易位。导致一些未知基因易位到免疫球蛋白或T细胞受体。这种排列方式可以导致只在神经组织或胚胎细胞中表达的基因在有可能在B细胞或T细胞中表达，这种表达可导致细胞的增殖和分化异常。,每一个正常细胞中有一种特殊的排列可以抑制细胞分裂， 假定存在一些抑制分裂确定的染色体，它的丢失将引起肿瘤细胞的无限生长 ，另一方面，假定还存在促进分裂的染色体， 当受到某种刺激激活时，细胞就发生分裂 ，由此可推断恶性肿瘤细胞的快速无限增殖的趋势，是由于促进分裂的染色体的持久优势所致。 今天，大量的科学证据表明： 抑制细胞生长的染色体 抑癌基因 促进细胞生长的染色体 癌基因,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。 当其一对基因拷贝失活、丧失功能后，形成隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用，故亦称隐性癌基因。,肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）,一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂，正常细胞有可能转化为肿瘤细胞。 1968年Harris实验： 癌细胞系 X 正常细胞 无恶性表型细胞 正常 癌细胞 （染色体部分丢失）,肿瘤抑制基因( Tumor Suppressor Gene)又称为抗癌基因 ( anti-oncogene )抗癌基因的功能是抑制细胞的生长和促进细胞的分化的基因，具体的功能有： 诱导终末分化； 维持基因的稳定。 触发衰老，诱导细胞程序化死亡 调节细胞的生长，抑制蛋白酶活性。 改变DNA甲基化酶的活性（甲基化酶可以打开、关闭、基因，甲基化酶也可以引起基因的突变） 促进细胞间的联系。,: Rb是一种肿瘤抑制基因。Rb基因（Rb gene）在许多不同的癌肿里处于突变状态. 13q14 ； 200kb； 27 个外显子； 948个氨基酸 改变方式：缺失、突变、甲基化。 生物学功能：转录因子； RB 基因被麟酸化后将失去活性，不能抑制细胞的生长。,RB基因,认识上的三个阶段： 肿瘤抗原 癌基因 抗癌基因 5个高度保守区： 1319；117142；171192 234258；270286。 生物学功能：转录因子，为将G1 期 DNA 损坏的检查点。 正常的 P53 在细胞中易水解，半衰期为 20 分钟 突变的P53 在细胞中不易被水解，半衰期为 1.47 个小时。,P53基因,二抗癌基因（antioncogene）,又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、隐性癌基因。是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。在生物 体内与癌基因功能相抵抗，共同保持生物体内正负信号相互作用的稳定。 已发现10种抗癌基因,如Rb (Retinoblastoma视网膜母细胞瘤),p53蛋白 许多TSGs产物是细胞周期调节因子或是生长相关基因的转录抑制子。它的非活性形式能促进肿瘤生长。,首先发现的肿瘤抑制基因 视网膜母细胞瘤 发现Rb基因缺失呈杂合体时，细胞是正常的，缺失纯合体时细胞转化。显示该基因是纯合隐性致癌。Rb纯合缺失后致癌表明Rb基因存在时对肿瘤细胞有抑制作用，因此Rb是肿瘤抑制基因。 del(13) (q14),肿瘤抑制基因也称抑癌基因或隐性癌基因（recessive oncogene）。肿瘤抑制基因的概念最初是60年代在肿瘤细胞与正常细胞杂交研究的基础上提出的。正常细胞与肿瘤细胞融合形成的杂交细胞不具备肿瘤细胞表型，此外，正常细胞的染色体可以逆转肿瘤细胞表型。因此，人们提出了正常细胞中可能存在抑制肿瘤发生的基因，称为肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene，TSG）。,小 结,肿瘤的发生既有环境因素的作用，也有遗传因素的作用。 无论是原癌基因还是抑癌基因，都是调控细胞正常生长、增殖与分化的基因。 肿瘤的发生是一个多因素、多阶段、累计渐进的过程。,Normal cells,Cancer cells,G1,S,G2,M,G0,RB,Apoptosis,E2F,Survival or Death,*病毒基因组结构,目 录,目 录,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,目 录,总结,癌基因可分为病毒癌基因和细胞癌基因，前者