癌基因PPT课件

1、Oncogene and Tumor Suppressor Gene,癌基因与抑癌基因,主 讲：李 志 红,概 述,据2012中国肿瘤年报，目前我国肿瘤的发病率为285.91/10万，平均每天每分钟有6人被诊断为恶性肿瘤。 从死亡率来看，全国肿瘤死亡率为180.54/10万，每年因癌症死亡病例达270万例。我国居民因癌症死亡的几率是13%，即每78人中有1人因癌死亡。 发病年龄：039，较低水平，40岁以后快速升高，80岁以后达到高峰。 病种：肺癌是“众癌之首” 从病种看，居全国恶性肿瘤发病第一位的是肺癌，其次为胃癌、结直肠癌、肝癌和食管癌，前10位恶性肿瘤占全部恶性肿瘤的76.39%。 居全

2、国恶性肿瘤死亡第一位的仍是肺癌，其次为肝癌、胃癌、食管癌和结直肠癌。死亡率最高者男女均为肺癌,2015年1月16日下午16点55分，年仅33岁的著名青年歌手姚贝娜因乳腺癌复发，病逝于北京大学深圳医院。 乳腺癌的发病率在25岁以后逐渐上升，5054岁达到高峰,迄今发现的癌症有200多种，但它们几乎始于同一方式: 细胞信号控制出现障碍,正常情况下，细胞的正常生长与增殖是由两大类基因来调控的： 正调节信号：促进生长和增殖，抑制分化 癌基因 负调节信号：抑制增殖，促进分化、成熟和衰老，最后凋亡 抑癌基因 这两类信号在细胞内产生的效应相互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、繁殖和衰亡进行精确的调控,癌基因

3、、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,癌基因和肿瘤抑制基因在细胞增殖中的作用,肿瘤细胞失去了生长调节的反馈抑制 正常细胞受损，一旦恢复原状，细胞就会停止增殖，但是肿瘤细胞不受这一反馈机制抑制。 肿瘤细胞失去了细胞分裂的接触抑制 正常细胞体外培养，相邻细胞相接触，长在一起，细胞就会停止增殖，而肿瘤细胞长满培养皿后，细胞可以重叠生长。 肿瘤细胞表现出比正常细胞更低的营养要求 肿瘤细胞生长有自分泌作用，即自己分泌生长需要的生长因子和调控信号, 促进自身的恶性增殖,肿瘤细胞恶性增殖特性,Cancer Cell Do Not Grow Faster Than

4、 Normal Cells Rather, Their Growth is Just Uncontrolled,癌基因Oncogenes,第一节,基因组内正常存在的基因，其编码产物通常作为正调控信号，促进细胞的增殖和生长。癌基因的突变或表达异常是细胞恶性转化（癌变）的重要原因,癌基因(oncogene,一、癌基因的基本概念,凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信号转导分子以及与生长有关的转录调节因子等的基因,广义的“癌基因,二、癌基因理论的确立 Peyton Rous and Rous sarcoma virus,1910年，洛克菲勒研究所30岁的研究人员劳斯进行了一些实验，他把一只母鸡

5、身上的恶性结缔组织(肉瘤)制成无细胞滤液，然后接种入健康的鸡体内。 结果接受滤液的个体也患上了与上述母鸡完全一样的肿瘤。（说明：？） 劳斯想到正常细胞变成癌细胞不一定是个突然的过程，可能通过若干步骤，他把这个过程称为“肿瘤进展”，即潜在的癌细胞处于“休眠”状态，被化学因子、病毒或激素刺激唤醒之后，他们就采取一种更加无法无天的生活方式。 劳斯关于肿瘤进展的发现很快在许多实验系统内得到证实。 另一方面，他的病毒理论则备受怀疑。一般认为，病毒病都具有传染性，而癌症不能传染,到1950年，情况有了迅速改变。由于微生物遗传学的发展，发现某些病毒能将自己的部分遗传物质注入细胞内而不杀死细胞或抑制其增殖。这

6、样引入的病毒物质可以整合到受体细胞的基因中，进而引起某些细胞特性的永久性改变。 Rous病毒是一种急转化逆转录病毒(acute transforming retrovirus，RNA病毒 ) 重新了解了病毒概念之后，就有可能了解病毒怎么会将正常细胞的循规蹈矩的行为改变为特见于癌细胞的恶性增生,Rous 肉瘤,1966年，87岁的劳斯获得诺贝尔奖,追踪研究逆转录病毒致癌的线索，Bishop等人于1980年提出了癌基因假说。 根据这一假说，引起Rous鸡肉瘤等的逆转录病毒的基因组中存在有致癌基因，即病毒癌基因，v-onc。 该癌基因来源于正常细胞基因组中的部分序列，即逆转录病毒中的致癌基因序列是在

7、进化过程中从宿主细胞基因组中获得的,Virus-like particles assembled in vitro with purified Rous sarcoma virus Gag protein,反转录病毒颗粒结构,劳氏肉瘤病毒（RSV, Rous sarcoma virus ） 基因组结构图,在劳氏肉瘤病毒基因组中， src是额外的肿瘤式基因，它能诱发RSV感染的动物产生肉瘤,逆转录,复制,整合,转录,感染,病毒RNA,RNA-DNA,前病毒DNA,细胞基因组 DNA,病毒RNA-癌基因,RNA病 毒颗粒,宿主细胞,再感染,宿主细胞,携带癌基因 的病毒颗粒,RNA病毒与宿主细胞基

8、因组整合过程示意图,Proto-oncogenes,癌变,反转录病毒癌基因（v-onc)的起源,根据来源分为病毒癌基因与细胞癌基因两类。 病毒癌基因（virus oncogene,v-onc）：是一类存在于肿瘤病毒中、能使靶细胞发生恶性转化的基因。 病毒癌基因不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。 细胞癌基因(cellular-oncogene, c-onc)：存在于正常细胞基因组中的癌基因，又称原癌基因（proto-oncogene, pro-onc,三、分 类,广泛存在于生物界 基因序列高度保守 表达产物对细胞正常生长、繁殖、发育和分化起着精确的调控作用。 基因

9、结构发生异常或表达失控，导致细胞生长增殖和分化异常,细胞癌基因,特点,v-onc与c-onc 的不同,v-onc不含内含子 v-onc与c-onc的核苷酸序列不完全相同 v-onc丢失了原癌基因两端的某些调控序列，而在病毒高效启动子作用下有较高的转录活性,断裂基因,完整的没有断裂的可读框,癌基因的命名,以三个斜体小写字母表示，通常源于它们的首次发现，如： srcavian Rous sarcoma virus（鸡Rous肉瘤病毒） erbavian erythroblastosis virus（鸡成红细胞增多症病毒） sissimian sarcoma virus（猴肉瘤病毒） rasrat

10、sarcomas 大鼠肉瘤,功能上相关的癌基因家族分类,src家族：产物多具有酪氨酸蛋白激酶活性，能促进增殖信号的转导。 ras家族：编码小G 蛋白p21，参与cAMP水平的调节。 myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。 sis家族：编码的p28，能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖。 myb家族：核内转录因子,人体内细胞癌基因的分类及功能举例,四、癌基因激活的机制,一）获得启动子与增强子,逆转录病毒感染细胞后，病毒基因组所携带的长末端重复序列（LTR内含较强的启动子和增强子）插入到细胞原癌基因附近或内部, 启动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的转录水平，使原癌基因过度表达或

11、由不表达变为表达，从而导致细胞发生癌变,癌基因活化的机制,如鸡白细胞增生病毒引起的淋巴瘤，就是由于病毒的DNA序列整合到宿主细胞c-myc基因附近，成为该基因的强启动子，导致c-myc基因过强表达。 myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用,鸡（禽）白细胞病毒 （avian leucosis virus，ALV） 逆转录病毒,正常宿主细胞,病毒DNA的LTR被整合到 宿主细胞c-myc癌基因附近 成为其启动子和增强子,c-myc癌基因表达为正常的30-100倍,exon-1,exon-2,exon-3,c-myc 基因,exon-1,exon-2,exon-3,LTR,exo

12、n-1,exon-2,exon-3,LTR,ALV,ALV,LTR,exon-1,exon-2,exon-3,ALV,LTR,c-myc癌基因过度表达的致癌模式,二）染色体易位,在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位和重排，使原来无活性的原癌基因移至强的启动子或增强子附近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生,费城染色体 1960年，Nowell和Hungefora，在美国费城，发现慢性粒细胞白血病的患者中，有一个很小的近端着丝粒染色体，称为费城染色体（Philadelphia chromosome, Ph） Ph染色体已被公认为慢性粒细胞性白血病的特异标记染色体,c-abl原癌基因的易

13、位激活,c-abl,c-abl原癌基因，经重排后插入到bcr基因后，形成bcr/abl融合基因，编码的蛋白质Bcr-Abl具有持续活化的蛋白酪氨酸激酶活性，能促进细胞增殖，并增加基因组的不稳定性，从而引起慢性粒细胞性白血病,三）基因扩增,原癌基因可通过基因扩增（gene amplification）使基因拷贝数升高几十甚至上千倍，发生扩增的机制目前尚不清楚。基因扩增可致编码产物过量表达，细胞发生转化,蛋白质结构未变化，但总量大大提高,基因扩增,原癌基因,c-myc基因,1985年，Shibuya首次在部分胃癌细胞中发现c-myc基因扩增和高表达。 在细胞静止期，c-myc几乎不表达，但在有丝分

14、裂原刺激下迅速表达促使细胞由G0期进入G1期，增加细胞数量。因此，c-myc原癌基因与细胞周期调控有关。 c-myc原癌基因激活的主要机制：扩增、重排和异常高表达。另外，c-myc基因低甲基化可能为其激活的另一重要机制,四）点突变,原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，发生单个碱基的替换点突变(point mutation), 从而改变了表达蛋白的氨基酸组成，造成蛋白质结构的变异,基因点突变是癌基因活化的主要方式 1982年，美国 3 家研究机构（麻省理工大学、国立癌症研究所和哥伦比亚大学）几乎同时发表这样的实验结果： 人膀胱癌细胞EJ株的恶性转化是由于其原癌基因 c-H-ras（356个碱基）

15、的点突变所致,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 正常细胞H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT GTG 肿瘤细胞H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GTC GGT GTG 正常p21蛋白氨基酸序列 Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Gly Ala Val 肿瘤p21蛋白氨基酸序列 Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gl

16、y Ala Val Ala Val,突变的Ras癌基因蛋白质被锁定在激活状态,GDP,GDP,GTP,GTP,Pi,无活性的Ras蛋白,有活性的Ras蛋白,输入的信号刺激GDP-GTP交换,内源性GTP酶活性,输出信号,突变的Ras癌基因蛋白质被锁定在激活状态,Harrey和Kirfen鼠肉瘤病毒上发现，称H-ras、K-ras，人神经母细胞瘤上发现N-ras，基因突变往往发生在12、13和61密码子，以12密码子最常见,突变原理： 一些化学诱变剂，如亚硝酸盐能够引起鸟嘌呤甲基化。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,五）癌基因

17、的甲基化程度降低 真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化,DNA甲基化的生物学意义,抵御外来入侵的寄生DNA 控制基因表达 甲基化范围与基因表达程度呈反比。 DNA甲基化能关闭某些基因的活性 去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达 近年来DNA甲基化已成为肿瘤研究的热点，甲基化状态分析可作为判断肿瘤生物学特征及临床预后的重要指标之一,癌基因活化的4种机制示意图,出现新的表达产物 出现过量的正常表达产物 出现异常、截短的表达产物,癌基因激活的结果,五、原癌基因的表达产物,细胞外生长因子 如c-sis编码PDGF的链 跨膜生长因子受体 c-src、c-abl编码产物为受体型酪氨酸蛋白激酶。 细胞内信号转

18、导分子 非受体酪氨酸激酶(src，abl)、丝氨酸/苏氨酸激酶(raf)，ras蛋白(H-ras，K-ras和N-ras)。 核内转录因子 如c-fos,六、针对癌基因及其表达产物的分子靶向治疗,靶向治疗，是在细胞和分子水平上，针对已经明确的致癌位点（如肿瘤细胞内部的一个蛋白分子，或基因片段），设计相应的治疗药物； 药物进入体内会特异地与致癌位点结合发生作用，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会波及肿瘤周围的正常组织细胞，所以分子靶向治疗又被称为“生物导弹,Normal Cell,Cancerous Cell,Up Regulation,Consequence of proliferation of

19、EGFR receptors,Strategies to inhibit EGFR signaling,EGFR tyrosine kinase inhibitors,Anti-EGFR mAbs,Anti-ligand mAbs,BispecificAbs,Immune effector cell,原癌基因BRAF所编码的蛋白质属于丝/苏氨酸激酶，是MAPK信号通路的重要组成分子，在调控细胞增殖、分化等方面发挥重要作用,约60%的黑素瘤中BRAF发生突变，其第600位氨基酸从缬氨酸突变为谷氨酸（V600E）最为常见，导致B-Raf的持续激活。 已有针对V600E突变的分子靶向药物威罗菲尼（V

20、emurafenib）用于临床，该药可阻断突变的B-Raf 的活性，抑制肿瘤生长。 Zelboraf（通用名：威罗菲尼）在2011年8月份被FDA批准用于治疗晚期转移性或不能切除的黑色素瘤；2012年2月20日，欧盟委员会批准其用于治疗成人BRAF V600突变阳性、经手术不能切除或转移性黑色素瘤,一）BRAF,例如,HER2是表皮生长因子受体家族成员，具有蛋白酪氨酸激酶活性，能激活下游信号通路，从而促进细胞增殖和抑制细胞凋亡,在30%的乳腺癌中HER2基因发生扩增或者过度表达，其表达水平与治疗后复发率和不良预后显著相关。针对其过度表达的单克隆抗体药物赫赛汀（Herceptin）已在临床使用,

21、二）HER2,例如,慢性粒细胞白血病患者的9号染色体与22号染色体之间发生易位，从而融合产生了癌基因BCR-ABL，产生融合蛋白p-210，与正常的C-ABL蛋白p-150相比，p-210具有较高的酪氨酸激酶活性，可刺激白细胞增殖，导致白血病,在95%的慢性粒细胞白血病（CML）患者中都伴随有BCR-ABL融合基因的产生，在一些急性淋巴白血病患者中也有发现。 针对Bcr-Abl融合蛋白的药物伊马替尼（Imatinib，商品名：格列卫）2011年被FDA批准用于临床。该药品可强烈抑制ABL酪氨酸激酶的活性，特异性地抑制ABL的表达和BCR-ABL细胞的增殖，从而可用于治疗CML,三）BCR-AB

22、L,例如,肿瘤抑制基因Tumor suppressor gene,第二节,肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene,也称抗癌基因（anticancer gene）或抑癌基因，是调节细胞正常生长和增殖的基因。 当这些基因不能表达，或者当它们的产物失去活性时，细胞就会异常生长和增殖，最终导致细胞癌变。反之，若导入或激活它则可抑制细胞的恶性表型,Act as a brake for cell division,抑癌基因与原癌基因在生物学上有以下几点差异： 在功能上，抑癌基因起负调控作用，而原癌基因起正调控作用； 在遗传方式上，原癌基因是显性的，而抑癌基因在细胞水平上是隐性的。 抑癌基

23、因是隐性基因，两份等位基因都突变或失活时才能使细胞转化，发现与分离难度较大,早在20世纪20年代，T. Boveri就提出正常细胞中存在特异的抑制细胞增殖的因素，并假定与染色体有关。 20世纪60年代，H. Harris开创了杂合细胞的致癌性研究 。 A.Knudson在研究视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，Rb）的流行病学中发现抑癌基因,肿瘤抑制基因的发现,细胞杂交试验,将导入了正常细胞染色体的肿瘤细胞接种于动物，动物并不产生肿瘤,推测： 在正常细胞中可能存在一种肿瘤抑制基因，阻止杂交细胞发生肿瘤。 当这种基因缺失或变异时，抑瘤功能丧失，导致肿瘤生成,视网膜母细胞瘤（retino

24、blastoma，Rb,儿童期就发病的眼科恶性肿瘤，猫眼。 遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史。 非遗传型多为单侧发病，且在2岁以后才发病。 遗传型和散发型都与一个基因（即Rb基因）的失活有关。 A.Knudson：“二次打击学说”，即肿瘤的发生需该基因位点发生两次突变,Knudsons “Two-Hit” Model for Retinoblastoma,Normal 2 intact copies,Predisposed 1 intact copy 1 mutation,Affected Loss of both copies,Modified from Time, Oct. 27, 1

25、986,要确定某一特定组织或细胞恶性肿瘤的抑癌基因，需满足以下三个 条件： 在癌的相应正常组织中必须有正常的表达； 在恶性肿瘤中，相应基因应有所改变，包括点突变，片断缺失或 表达缺陷； 将该基因导入该基因缺陷的恶性肿瘤细胞中，可部分或全部抑制恶性表型,抑癌基因的表示方法 通常用2或3个字母编码，有时也介入蛋白质产物的大小 Rbretinoblastoma 视网膜母细胞瘤 Bcl-2B-cell lymphoma B淋巴细胞瘤 p53编码的蛋白质分子量53KD 基因的蛋白产物的表示 在其分子量前面加P，或与基因相同的代码加蛋白字样 ras产生的蛋白: Ras蛋白, P21,常见的某些肿瘤抑制基因

26、及其功能,与癌基因相比，抑癌基因数量有限，说明抑癌基因比癌基因具有更普遍的作用,二、抑癌基因的作用机制,一）视网膜母细胞瘤基因 （ retinoblastoma gene, Rb,1. Rb基因的结构,Rb（retinoblastoma gene）是第一个被克隆的抑癌基因。 1986年，美国的三个实验室分别独立的克隆了该基因。 Rb基因， 定位于13q14，全长约200kb，含27个外显子，26个内含子，转录的mRNA有4.7kb,编码分子量是105-110kD的核内磷酸化蛋白，又称p105-RB。 实验表明：将Rb基因导入Rb细胞或成骨肉瘤细胞，细胞的恶性生长受到抑制,2. Rb基因的生物学

27、活性及作用机制,Rb蛋白的磷酸化状态及其与其他蛋白质结合，与它的功能密切相关； 通过结合或释放转录因子E2F来控制检查点，进而控制细胞周期,G0 G1期,Rb蛋白,E2F,mRNA,转录因子，与细胞增值有关,活性型,S期,E2F,无活性型,周期蛋白依赖的蛋白激酶（cyclin dependence protein kinase, CDK,P105-Rb的作用机制（演示,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,DNA,Rb蛋白,mRNA,Rb磷酸化与细胞周期控制,RB基因的失活,Rb基因突变或缺失，将使细胞周期进程失控，导致细胞异常增生。 某些DNA病毒癌基因表达蛋白可与RB蛋白结合形成复合物，使

28、RB蛋白丧失抑制细胞增殖的生物特性。 如腺病毒的E1A蛋白、SV40的T抗原、人乳头瘤病毒的E7蛋白等,二） p53 基因“基因组的卫士,是cancer suppressive gene 一颗明珠; Pubmed有超过4万篇论文，篇篇内容不同; 临床上， 超过50%的肿瘤其p53有异常；是迄今为止发现的与人类肿瘤相关性最高的基因。 曾被误认为是癌基因，直到1989年，才被证实为抑癌基因,p53基因的结构,p53基因全长20kb，定位于人类染色体17p13，由11个外显子组成，编码393个氨基酸组成的53kd的核内磷酸化蛋白; P53蛋白可分为三个结构域：N端的酸性区、中段疏水核心区与C端的碱性

29、区，分子中有一核定位信号，所以它一般都位于核内,p53的生物学特性,p53 是细胞生长周期中的负调节因子，与细胞周期的调控、DNA修复、细胞分化、细胞凋亡等重要的生物学功能有关,监测DNA损伤 DNA 损伤后，p53蛋白表达急剧上调，使细胞分裂停止于G1期，启动DNA修复系统。 抑制细胞周期 p53蛋白促进p21基因表达产生分子量为21kD的蛋白质（p21WAF1/CIP1），p21是CDK的抑制剂，诱导细胞生长停滞于G1期,p53蛋白的生物学功能,抑制DNA复制 p53蛋白可与复制蛋白A(RPA) 结合 p53蛋白与RPA结合后可抑制RPA与DNA复制起始点的结合，阻止细胞进入S期。 p53蛋白还可通过抑制解链酶的活性，以抑制DNA复制。 参与程序性细胞凋亡 p53 蛋白使损伤细胞停留在G1期，使DNA损伤修复后再进入细胞周期。 若损伤不能修复，则启动细胞进入程序性凋亡（细胞自杀,p53蛋白的作用机制（演示,p53蛋白,解链酶,复制因子A,p21蛋白,细胞停滞于G1期,细胞自杀,DNA损伤,p53蛋白,p53蛋白,p53的结构及其在清除DNA损伤细胞中的作用,P53基因突变不仅失去野生型p53抑制肿瘤增殖的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基因功能。 突变的形式：