第10讲基因与癌症

1、第十讲 基因与癌 产物活性改变 结构改变 产物失活 调控区的突变 癌基因 易位改变了调控 产物数量 染色体重排 插入插入致癌病毒，引入强启动子 的改变 缺失缺失抗癌基因和负调控序列 双微体 扩增 均染区 第一节 肿瘤细胞的特点肿瘤细胞的特点 癌症癌症 多细胞器官性的疾病，这些器官的细胞生长异常，失去调节，并常伴有异常分化，形成瘤。在高等脊椎动物中及植物中都有发现。癌细胞与正常细胞相比呈现以下特征: 1） 无限繁殖 2） 接触抑制现象丧失 3） 癌细胞间粘着性减弱 4） 易被凝集素凝集 5） 粘壁性下降 6） 细胞骨架结构紊乱 7） 产生新的膜抗原 8） 对生长因子需要量降低 (1)无限生长（I

2、mmortalization），此和生长控制发生改变有关。(2)转化（transformation），失去了生长的正常抑制，例如不受生长因子的支配。(3)转移（metastasis）正常细胞与癌细胞比较 原代培养细胞（血清依赖,接触 抑制 ,有限寿命） 癌细胞体外细胞培养生长转化过程 确立细胞系 (永生化) 极限(大部分细胞死亡，少数存活)转化(失去血清依 赖、接触抑制；形态改变、聚集，长成病灶)转移癌细胞转移到别的组织，产生新的克隆 确立细胞系: （1）贴壁依赖性贴壁依赖性（Anchorage dependence）细 胞附着在固体基质或薄膜的表面。 （2）血清（或生长因子）依赖性血清（或生

3、长因子）依赖性（serum or growth facto dependence）： （3）密度制约抑制密度制约抑制 （Density-dependent inhibition）： (4） 细胞骨架的形成细胞骨架的形成 （cytoskeletal organization）。细胞是扁平 的，而且延着附着基质的表面沿伸。外因：外因：物理致癌因子（ 高能辐射） 化学致癌因子（ 环状化合物，亚硝酸等） 生物致癌因子（肿瘤病毒,黄曲霉素）内因：内因： 蛋白质功能水平上的病毒活性， 重要的生长调节基因的突变，如激素 控制细胞生长的机制被破坏。2 . 癌症的发生原因癌症的发生原因 第二节第二节 癌基因和抗

4、癌基因癌基因和抗癌基因 癌基因癌基因（oncogene） 转化基因转化基因（transforming gene） 细胞癌基因细胞癌基因（cellular orcogene,c-onc），未活化的c-onc称为原癌基因原癌基因（proto- oncogene） 病毒基因组中癌基因的同源序列称为病病毒癌基因毒癌基因（virus oncogene,v-onc）。一一. .癌基因癌基因 癌基因癌基因是有潜在的促发肿瘤肿瘤 发生发生活性的基因，最早在肿肿 瘤病毒瘤病毒中发现。到目前为止， 发现的癌基因己有100多个。 1911年P.Rous发现了Rous肉瘤病毒,（Rous sarcoma virus）

5、。 1969年美国的Huebner,R.I.和Todaro,G.I提出了癌基因假说。 1970年H.Temi和Dulbecco发现致癌的RNA病毒中存反转录酶，提出了原病毒假设，认为RNA病毒通过反向转录和正向转录以及与宿主细胞DNA发生交换或重组，能形成癌基因。 1976年H.Evarmus和J.M.Bishop发现鸟类肉瘤病毒中含有致癌基因。被命名为病病毒癌基因毒癌基因(Virus oncogene V-onc). 80年代初通过很多实验证实了癌基因的存在。DNA肿瘤病毒 转化病毒多为ssDNA病毒，癌基因是编码病毒本身所需的蛋白，如:SV40的T抗原; 人乳头瘤病毒 (human pap

6、illomavirus ，HPV)的E6E7; 腺病毒的E1A，E1B 转化病毒带有癌基因其产物可使肿瘤抑制物失活。即减弱抗癌基因的功能 一些DNA病毒感染宿主细胞后不发生裂解， 而是潜伏在细胞中，并整合到宿主基因组中，表达病毒癌蛋白， 引起宿主细胞转化。如： 多瘤病毒家族（SV40)，人乳头瘤病毒家族，腺病毒家族。 与RNA 病毒不同，DNA病毒癌蛋白在细胞中没有对应物。 它通过合成病毒癌蛋白，作用并抑制宿主TSG蛋蛋白白而引起细胞转化。 许多新的肿瘤抑制基因是在病毒癌蛋白与TSG蛋白相互作用的研究中被发现的。RNA反转录病毒 RNA反转录肿瘤病毒分为急性和漫性两种。 慢性肿瘤病毒是野生型反

7、转录病毒，不带有癌基因。 急性肿瘤病毒是缺陷型反转录病毒，在其基因组中带有来源于动物的癌基因(v-0nc)。需助病毒的存在才能复制与表达。 V-onc的功能和突变的原癌基因相似。 漫性肿瘤病毒是依赖LTR中的强启动子作用细胞癌基因，诱发癌变。 癌基因被慢性肿瘤病毒激活癌基因被慢性肿瘤病毒激活 与急性转化反转录病毒直接转导一高活性病毒癌基因到宿主基因组中不同，慢性RNA肿瘤病毒通过整合到正常原癌基因附近， 使其被病毒中长末端重复序列所激活。 感染较长时间后病毒才启动肿瘤发生。 延长的时间反映了反转录病毒的多轮复制和整合， 直到在某一位置激活附近的原癌基因 。增加转录增加转录 病毒转染使正常原癌基

8、因受病毒强启动子调节，如c-moc, 或被整合在附近的反转录病毒反式激活, 如 c-myc, c-myb , c-ref.插入c-myc 基因不同位置的 鸟类白血病病毒(avian leukosis, ALV)通过通读来打开编码的外显子 病毒增强子偶尔作为启动子，录转编码区在下游插入的ALV其增强子激活c-myc的启动子RNA肿瘤病毒在反转录酶的催化下，复制和整合到核基因组中 肿瘤病毒基因结构肿瘤病毒基因结构癌基因起源于动物。 (1)各种动物的c-onc其数目和位置比较固定， 而反转录病毒中的v-onc数目和位置是不固 定的。 (2)线虫（C.elegans）和果蝇等动物并不被反 转病毒所感染

9、，但这些动物的基因组中也 具有与高等动物癌基因同源的基因； (3) c-onc中发现有内含子，而反转录病毒的癌 基因（v-onc）则无内含子。 (4)动物的c-one可为反转病录病毒所转导。胞内胞内Tyr激酶激酶 膜结合蛋白，胞液蛋白Ser/Thr激酶激酶 胞液蛋白信号分子信号分子 调节物 转录因子转录因子 Leu拉链蛋白，转录因子，甲状腺激素受体 生长因子生长因子 分泌蛋白生长因子受体生长因子受体 各种受体激酶，受体G-蛋白蛋白/ 信号传导信号传导 GTP结合蛋白癌基因的类型二二原癌基因 1、原癌基因产物及其分类 原癌基因指存在于细胞基因组中的在一定条件下可以被激活改变了细胞原有的遗传信息，

10、使细胞发生了恶心转化的基因。 根据原癌基因产物在细胞的位置分为第一类是与膜结合的的蛋白，如erbB,neu,fins,mas ,src基因产物。 第二类是可溶性蛋白，包括mos,sis,fps基因产物。第三类是核蛋白，如myc,ets,jun,myb等基因的产物。 2 2，原癌基因的表达调控，原癌基因的表达调控 点突变点突变 LTRLTR插入插入 基因重排基因重排 缺失缺失 基因扩增基因扩增 3、基因互作与癌基因表达、基因互作与癌基因表达l染色体构象对原癌基因表达的影响染色体构象对原癌基因表达的影响l原癌基因终产物对基因表达的影响原癌基因终产物对基因表达的影响l抑癌基因产物对对原癌基因表达的影

11、响抑癌基因产物对对原癌基因表达的影响l外源信号对原癌基因表达的影响外源信号对原癌基因表达的影响抗癌基因抗癌基因（antioncogene） 又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、隐性癌基因隐性癌基因。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种抗癌基因抗癌基因,如如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。 TSGs的正常功能是限制细胞生长，作用主要有: (1)调

12、节细胞生长. (2)维持基因稳定. (3)触发衰老，诱导细胞程序性死亡. (4)诱导终末分化. (5)抑制和调节蛋白酶活性. (6)改变DNA甲基化酶活性. (7)调节血管形 成. (8)促进细胞间联系. 一个生长转化细胞可通过与正常的细胞融合而得到恢复。 Rb的分子功能： (1)主要是可以和肿瘤抗原相互作用： SV40 T抗原，腺病毒E1A抗原，人类乳头瘤病毒E7抗原，可结合到RB的379792残基区域。 (2) RB产物可抑制部分致癌蛋白。 (3)RB还有抑制细胞增殖的作用。在细胞周期中在细胞周期中Rb磷酸磷酸化受到调控化受到调控 G0/G1 去磷酸化，G1末至G2末被细胞周期蛋白CDK复

13、合物磷酸化。 非磷酸化的Rb可结合转录因子E2F及许多肿瘤抗原。 肿瘤抗原肿瘤抗原(SV40T,Ad E1A)和和Rb结合结合 RBRB 位于13q14，编码视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤蛋白蛋白 Rb，能结合肿瘤抗原,（SV40 T抗原）调控细胞周期， 抑制细胞增殖，最早在视网膜母细胞瘤的研究中被发现。 Kundson早在1971年提出著名的 “ 二次突变假设（two mutation hypothsis）”。 后来遗传学家发现家族性患儿的体细胞中13号染色体存在缺失（13q14），表明该区域可能存在与视网膜母细胞瘤发生有关的基因Rb。 Sparkes(1980)将Rb基因定位于13q14。

14、Benedict（1983）提出位于13q14的Rb的一对等位基因均失活才会产生该肿瘤。表明Rb是以隐性方式起作用。 Stephe等（1986）开始构建了人的13号染色体的噬菌体文库，其中1.5Kb的DNA片段和Rb有关。 接着又分离到一个30Kb的cDNA片段，用此片段可检测到13q14带70Kb区域的基因。 同年眼科专家Dryja发现Rb失活时可以致瘤，杂合子（Rb+/Rb-）易被诱变而失活； 他还发现经眼球摘除手术能存活下来的患儿长大后易患成骨肉瘤，乳腺癌和小细胞肺癌。 1986年Friend将13q14位点的Rb经cDNA克隆制成各种探针，检查很多例骨肉瘤和组织肉瘤患者发现约50%的患

15、者Rb基因纯合缺失。 1987年Stanbridge等分离了人类13号染色体，将它注入培养的成骨肉瘤细胞中，结果导致了癌细胞逆转， 同年李文华把Rb转化到培养的癌细胞中使其逆转。 更进一步证明了Rb的抑癌作用。他克隆了Rb全长的cDNA，发现其产物是一种长928氨基酸，分子量为105Kda的蛋白质。 P53 p53蛋白是一种肿瘤抑制物，一半以上的癌变都与P53的缺失或突变有关。 p53蛋白是四聚体， 突变具有显性失活的效应 p53的功能:（1）一种可能是野生型p53与细胞中某些T抗原的类似物结合，抑制了它们的活性;（2）p53也是一种DNA结合蛋白，它能识别长10bp两侧对称的模体，并激活含多

16、拷贝这种基序的启动子的转录。 (3)在有的座位上它可能阻遏其靶基因。 (4) p53通过调节基因的表达来控制细胞周期，缺乏这种调节就会导致细胞无限制生长。 (5) p53突变具有显性失活的效应。几种和几种和G0/G1或或G1/S期控制有关的蛋白是肿瘤抑制物期控制有关的蛋白是肿瘤抑制物 p16 , p21 , p27可结合可结合cyclin-CDK复合物使其失活复合物使其失活 P RB cdk4,6 E2F cdk4,6 cdk4,6 P P cyclin D cyclin D cyclin D p16 p21,p27 p16 P Assembly CAK Phosphorylation of

17、RB P cdk 2 cdk 2 cdk 2 c cylinE p21,p27 cylinE p21,p27 cylinE Fig . 19- p21 and p27 inhebit assembly and activity of cdk4,6-cyclin D and cdk2-cyclinE by CAK. They also inhibit cycle progression independent of RB activity. P16 inhibits both assembly and activity of cdk4,6-cyclin D. (1)p53是一种DNA结合蛋白(转

18、录因子)，可识别10bp的回文模体，其第120-290位氨基酸的区域负责这种与特定靶顺序的结合。 (2)可激活含多拷贝模体启动子转录。p53还可以阻遏某些不含有以上模体的基因，其机制不明。 (3) p53也能和损伤的DNA结合（第310-390位），此C-端的功能区可以识别单链DNA区。 (4) p53是四聚体，其突变体具有的显性失活调控的作用。野生型限制细胞生长 缺乏p53细胞生长不受控制突变亚基因阻碍四聚体功能，细胞生长不受限制P53等位基因的缺失或突变等位基因的缺失或突变都可使细胞生长不受限制都可使细胞生长不受限制 DNA的损伤激活p53,在细胞周期不同阶段引起不同结果： 早期： 通过诱

19、导p21 对CDK-cyclin 激酶激酶的抑制，激活限制点，阻止细胞周期前进直到损伤修复。 晚期： 引发细胞凋亡。辐射p53蛋白与抑制有关的各功能区的活性第三节第三节 癌基因产物的结构，功癌基因产物的结构，功能和细胞癌变。能和细胞癌变。一 . src基因 src的产物p60src具有TPK（酪氨酸蛋白激酶）活性，与细胞的增殖和转化有关。Src蛋白有四个结构域：（1）N端十四烷基化位点是和膜结合的位点（2）SH2（src homology region-2）结构域。 (3) 416位Tyrh和自身磷酸化有关。 (4) 而527位Tyr的磷酸化位点。 Membrane- Motulatory C

20、atalytic Supressor binding SH3 SH2 2 14 80 250 416 516 527 十四烷基化位点 突变改变了被转化细胞的 与另一些激酶催化 在c-Src中Tyr-527 形态，有的也赋予转化活性 结构域同源序列； 磷酸化，抑制激 Tyr-416 自我磷酸化 酶活性 Fig. A Src protein has an N-terminal domain that associates with themembrane, a motumatory domain that includes SH2 and SH3 motifs, a kinase catalyti

21、c domain,and (c-Src only ) a suppressor domain. Inactive receptor Activated receptor has Has unphosphorylated phosphorylated SH2-binding domain SH2-binding domain Fig. Phosphorylation of tyrosine in an SH2 - binding domain creates a binding site for a protein that has an SH2 domainTyr SH2-bionding s

22、ite Tyr Tyr P P SH2 domain binds to SH2 phosphorylated tyrosine Src SH2 Src一、src基因 产物p60src蛋白具有TPK（酪氨酸激酶活性） 膜结合 调控 催化 抑制N C SH2结构域 416 Tyr自身磷酸化 527Tyr自身磷酸化 二. c-erbB产物的结构和功能 c-erbB编码EGF受体是一种分子量为65KDa的跨膜蛋白，由1186个氨基酸组成。 膜外的部分（621aa）是EGF结合功能区。前面有24aa构成的信号肽。 跨膜区由23个疏水氨基酸组成。 膜内部分由542aa组成。其中包括4个磷酸化位点和一个TP

23、K功能区。 4个磷酸化位点中有一个是紧靠膜内侧的654位Thr，其余3个位于1068，1148和1173Tyr自身磷酸化位点。 平截 v-erbB : c-erbB 编码表皮生长因子受体。N端为配体结合结构域， C端为抑制结构域。 v-erbB 的两端被截短，使受体在无配体的存在下就形成二聚体，并持续激活，使细胞生长不受控制。p60erb-B的结构 膜外结合功能区 23aa 膜内催化功能区 621aa 542aa信号肽 跨膜区 Thr(654) Tyr Tyr Tyr1 24 551 621 644 694 940 1068 1148 1173 1186aa EGFRN 端 16 74 99

24、150 蛋白激酶结构域 396 611 615 C 端 v-erb B图 19-13 erb-B 癌基因产物(下)与表面生长因子受体(EGFR)(上)的结构比较c-erbB 编码编码EGF受体，受体， 具有酪氨酸蛋白激酶活性。具有酪氨酸蛋白激酶活性。 生长因子受体的激活涉及配基的结合，二聚体的形成及自身磷酸化， V-erB丢失了配基结合域，不受N端功能区的抑制而组成型激活。 三三c-sis产物的结构与功能产物的结构与功能 sis的产物是一种分泌蛋白。 1983年发现了血小板生长因子（PDGF）与猿猴肉瘤病毒转化蛋白p28具有结构的相似性。 后来发现c-p28c-sis与PDGF顺序只有3%的差

25、异。而人类c-sis基因产物则与 PDGF-链完全相同。 38 99 v-sis (220aa) 258 NH2 COOH 99 207 258 PDGF-B 图 19- sis 基因产物的结构和 PDGF 比较 四四ras原癌基可能因突变而被激活原癌基可能因突变而被激活 在人和大鼠的基因组中相应的C-ras,N-ras,H-ras和K-ras虽定位在不同的染色体上，但产物相似，分子量约为21KDa，统称为p21ras。 V-Ras和C-Ras结构相似，仅少数的几个氨基酸不同。 ras 第一个被证实由于点突变而引发癌症的基因（ 1982，Tabin C J and Reddy E P)。 Ra

26、s 蛋白结构： 5 22 30 40 109 120 186 NCGDP/GTP结合区 效应区效应区 膜结合膜结合 水解GTP活性 作用于靶分子 带有GTP的Ras是活性的，而内在的GTPase活性使GTP 水解成GDP，而结合GDP的Ras则失活， GAP （GTP酶激活蛋白）以及 SOS（鸟苷释放因子）可调节Ras 蛋白活性。 效应区 Cys 5 22 30 40 109 120 186 aaN C GDP/GTP 结合区，突变可 十六烷酸 激活原癌基因 负责膜的附着图 19-16 Ras 蛋白的结构。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .35.20) 12 59 61c

27、-Ha-ras 正常细胞 GGC/Gly GCC/Ala CAG/Glu 膀胱癌 GTC/Val GCC/Ala CAG/Glu 肺 癌 GGC/Gly GCC/Ala CTG/LeuKi-ras 正常细胞 GGT/Gly GCA/Ala CAA/Glu 肺 癌 TGT/Cys GCA/Ala CAA/Glu 结肠癌 GGT/Gly GCA/Ala CAT/His N-ras 正常细胞 GGT/Gly GCT/Ala CAA/Glu 神经母细胞瘤 GGT/Gly GCT/Ala AAA/Lys 肺 癌 GGT/Gly GCT/Ala CGA/Arg 图 19- ras 基因的点突变和肿瘤 癌基

28、因激活的机制：癌基因激活的机制： 点突变点突变1. c-ras： Ras 是GTP结合蛋白，传导生长因子受体信号。 ras基因的点突变（第12个氨基酸密码子由GGG(甘氨酸）变为GTG(缬氨酸 ）降低了GTP水解酶活性， 使其放大了对生长因子的反应，导致细胞过量生长。 Ras-GTP is converted to Ras-GDP after activating its effector Ras Ras GTP GDP Inactive active effector effctor Pi Ras is inactivated by GAP Ras GTP GAP Ras-GAP stimu

29、lates hydrolysis of GTP Ras is activated by SOS (GNRF) Ras SOS GDP GTP Grb2 SOS stimulates Ras to exchange GDP with GTP Fig.19- The relative amounts of Ras-GTP and Ras-GDP are controlled SOS能激活RasGAP (GTP酶激活蛋白)使Ras 失活癌变的Ras保持Ras-GTP 的形式，持续激活。（参见点突变）核蛋白 myc, myb, fos, jun,B-lym等 myc: p65c-myc能与DNA特异顺序结合，调节DNA 合成 c-fos :14q2131,编码380aa ,p55c-fos c-jun: p3