癌基因、抑癌基因与生长因子

本章提要细胞癌基因，抑癌基因、生长因子的基本概念癌基因活化机制抑癌基因失活机理当前第1页\共有152页\编于星期五\20点细胞的正常生长与增殖由两大类基因调控：正调节信号—促进细胞生长和增殖，并阻止其发生终末分化。负调控信号—抑制增殖,促进分化、成熟和衰老，最后凋亡。这两类基因中任何一种或它们共同的变化，即有可能引起细胞增殖失控导致肿瘤的发生。当前第2页\共有152页\编于星期五\20点癌基因与抑癌基因的作用机制涉及基因表达调控及细胞分裂、分化。癌基因可编码类生长因子多肽及其受体分子，通过细胞内信息传递系统刺激细胞增殖。肿瘤的发生与癌基因、抑癌基因和生长因子三者的关系密切相关。当前第3页\共有152页\编于星期五\20点第一节癌基因当前第4页\共有152页\编于星期五\20点癌基因（oncogene）就是具有增加癌源性或转化潜能，导致其编码区或调节区域遗传性状发生改变的基因。癌基因可分为两大类：一类是致瘤病毒中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因，即病毒癌基因（viraloncogene,v-onc）；另一类是存在于细胞基因组中、正常情况下处于静止或低水平（限制性）表达状态，对维持细胞正常功能具有重要作用，当受到致癌因素作用被活化而导致细胞恶变的基因，即原癌基因（protooncogene，pro-onc）或称细胞癌基因（cellularoncogene，c-onc）。一、病毒癌基因和细胞癌基因（一）概念当前第5页\共有152页\编于星期五\20点癌基因名称用3个斜体小写字母表示，如myc、ras、src。肿瘤病毒是一类能使宿主产生肿瘤或使培养细胞转化成癌细胞的动物病毒。其核酸组成分为DNA病毒和RNA病毒。病毒癌基因是一类存在于肿瘤病毒（大多数是逆转录病毒）中的、能使靶细胞发生恶性转化的基因。当前第6页\共有152页\编于星期五\20点

1911年，ReytonRous报道将鸡肉瘤的无细胞滤液注射给健康鸡后，可诱导发生肉瘤，表明无细胞滤液含致病原，可传播肿瘤。1932年，Shope发现，野生棉尾兔的皮肤肿瘤也可借助无细胞滤液传播。肿瘤进展：开始，癌细胞处于“休眠”状态，被化学因子、病毒等唤醒后，变的无法无天。Rous提出病毒致癌理论：即传播肿瘤的无细胞滤液中含的是病毒。这种感染性颗粒后来被证实是逆转录病毒(RNA病毒)。Rous因此获得1966年诺贝尔生理和医学奖。癌基因的发现当前第7页\共有152页\编于星期五\20点TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1966

Tumor-inducingviruses当前第8页\共有152页\编于星期五\20点PeytonRousUSARockefellerUniversityNewYork,NY,USAB:1879D:1970当前第9页\共有152页\编于星期五\20点鸡肉瘤病毒（RSV)基因组结构图病毒癌基因与正常细胞中的原癌基因同源当前第10页\共有152页\编于星期五\20点

病毒癌基因致癌机制当前第11页\共有152页\编于星期五\20点1964年认为，RSV的生活周期中存在着前病毒（provirus）的DNA中间产物阶段，DNA前病毒含有RNA病毒基因组的全部信息。子代病毒RNA是以前病毒DNA为模版合成的。前病毒可整合到宿主细胞基因组中。通过病毒的诱导，正常细胞可转化成肿瘤细胞。1970年Temin实验室和Baltimove实验室分别发现RSV病毒粒子中含有反转录酶。这一结果使Temin的“前病毒”假想得到了证实。1975年Temin、Baltimove和Dulbacco因此获诺贝尔生理和医学奖。当前第12页\共有152页\编于星期五\20点TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1975

Theinteractionbetweentumorvirusesandthegeneticmaterialofthecell当前第13页\共有152页\编于星期五\20点DavidBBaltimoreUSAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)Cambridge,MA,USAB:1938当前第14页\共有152页\编于星期五\20点RenatoDulbeccoUSAImperialCancerResearchFundLaboratoryLondon,UnitedKingdomB:1914(inCatanzaro,Italy)当前第15页\共有152页\编于星期五\20点HowardMartinTeminUSAUniversityofWisconsinMadison,WI,USAB:1934D:1994当前第16页\共有152页\编于星期五\20点Bishop和Varmus等人于1980年提出了癌基因假说，认为Rous鸡肉瘤病毒的致癌能力与病毒基因组的单个基因有关，即src基因。src基因本是正常细胞基因组的一部分(原癌基因），被病毒“劫持”后，病毒则具有致癌能力。原癌基因在正常细胞中的地位：调控细胞的分裂和生长。肿瘤细胞中癌基因的变化：过分活跃或突变，使其编码产物改变。Bishop和Varmus获1989年诺贝尔生理学和医学奖当前第17页\共有152页\编于星期五\20点TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1989

Thecellularoriginofretroviraloncogenes当前第18页\共有152页\编于星期五\20点J.MichaelBishopUSAUniversityofCaliforniaSchoolMedicineSanFrancisco,CA,USAB:1936当前第19页\共有152页\编于星期五\20点HaroldE.VarmusUSAUniversityofCaliforniaSchoolofMedicineSanFrancisco,CA,USAB:1939当前第20页\共有152页\编于星期五\20点PressRelease:The1989NobelPrizeinPhysiologyorMedicineNOBELFÖRSAMLINGENKAROLINSKAINSTITUTET

THENOBELASSEMBLYATTHEKAROLINSKAINSTITUTE9October1989

TheNobelAssemblyatKarlinskaInstitutehastodaydecidedtoawardtheNobelPrizeinPhysiologyorMedicinefor1989jointlyto

J.MichaelBishopandHaroldE.Varmus

fortheirdiscoveryof"thecellularoriginofretroviraloncogenes".

PressRelease当前第21页\共有152页\编于星期五\20点Summary

Thediscoveryawardedwiththisyear'sNobelPrizeinPhysiologyorMedicineconcernstheidentificationofalargefamilyofgeneswhichcontrolthenormalgrowthanddivisionofcells.Distur-bancesinoneorsomeoftheseso-calledoncogenes(Gkónco(s)Bulk,mass)canleadtotransformationofanormalcellintoatumorcellandresultincancer.

MichaelBishopandHaroldVarmususedanoncogenicretrovirustoidentifythegrowth-controllingoncogenesinnormalcells.In1976theypublishedtheremarkableconclusionthattheoncogeneinthevirusdidnotrepresentatrueviralgenebutinsteadwasanormalcellulargene,whichthevirushadacquiredduringreplicationinthehostcellandthereaftercarriedalong.

当前第22页\共有152页\编于星期五\20点Bishop'sandVarmus'discoveryofthecellularoriginofretroviraloncogeneshashadanextensiveinfluenceonthedevelopmentofourknowledgeaboutmechanismsfortumordevelopment.Untilnowmorethan40differentoncogeneshavebeendemonstrated.Thediscoveryhasalsowidenedourinsightintothecomplicatedsignalsystemswhichgovernthenormalgrowthofcells.CellularOncogenesDiscoveredbytheUseofRetrovirus

Thetermoncogenewasintroducedinthemiddleofthe1960stodenotespecialpartsofthegeneticmaterialofcertainviruses.Itwasbelievedthatthispartofthegeneticmaterialcoulddirectthetransformationofanormalcellintoatumorcellundertheinfluenceofotherpartsoftheviralgeneticmaterial,alternativelyviachemicalorphysicaleffects.Thefavouritetheoryofthetimewasthatvirus-mediatedcell-to-celltransmittanceofoncogeneswastheoriginofallformsofcancer.Thisviewwaslaterproventobeincorrect.

当前第23页\共有152页\编于星期五\20点Theoriginaldiscoveryofanoncogenicviruswasmadein1916byPeytonRousworkingattheRockefellerInstituteinNewYork.FiftyyearslaterRousreceivedtheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine.Rousvirus,astheinfectiousagentlaterwasnamed,isamemberofalargevirusfamilynamedretroviruses.ThegeneticmaterialofthesevirusesisRNA(ribonucleicacid).ThisRNAcanbetranscribedintoDNA(deoxyribonucleicacid)byauniqueenzymeinthevirus,reversetranscriptase.The1975NobelPrizeinPhysiologyorMedicinewasawardedtoDavidBaltimore,RenatoDulbeccoandHawardTeminpartlyforthediscoveryofthisenzyme.ReversetranscriptionofthegeneticmaterialofthevirusintoDNAhastheimportantconsequencethatitcanbecomeintegratedintothechromosomalDNAinthecells.ItwasthroughinvestigationsofRousvirusthatthisyear'slaureatesMichaelBishopandHaroldVarmusin1975coulddemonstratethetrueoriginofoncogenes.TheyusedonevariantofRousviruswhichcontainedanoncogenicgene(Figure1)andanothervariantwhichlackedthisgene.

当前第24页\共有152页\编于星期五\20点Byuseofthesevirusestheymanagedtoconstructanucleicacidprobewhichselectivelyidentifiedtheoncogene.ThisprobewasusedtosearchforthecorrespondinggeneticmaterialinDNAfromdifferentcells.Itwasthenfoundthatoncogene-likematerialcouldbedetectedindifferentspeciesthroughouttheanimalkingdom,infacteveninsimpleorganismscomprisingonlyafewcells.Furthermore,itwasshownthatthegenehadafixedpositioninthechromosomesofacertainspecies,andthatthegene,whenitconstitutedpartofthecellulargeneticmaterial,wasdividedintofragments(amosaicgene)(Figure1).

Figure1.Thedifferencebetweenanoncogeneinavirusandinacell.Inretrovirusescausingtumorsthereisaseparatesegmentoftransformingnucleicacidwhichhasbeenderivedfromacell.Thecellulargeneissplit(amosaicgene)whereastheoncogeneinthevirusiscontinuous.

当前第25页\共有152页\编于星期五\20点Thesefindingsledtotheremarkableconclusionthattheoncogeneinthevirusdidnotrepresentatrueviralgenebutacellulargenewhichthevirushadpickedupfarbackduringitsreplicationincellsandcarriedalong.Thiscellulargenewasfoundtohaveacentralfunctioninthecells.Itcontrolledtheirgrowthanddivision.

Throughthesestudiesoftheabnormal,i.e.thediseasedstate,itwaspossibletoelucidatecriticalnormalcellularfunctions-anotuncommonsituationinbiomedicalresearch.Theoriginaldiscoveryofacellularoncogeneledtoanintensivesearchforfurthersimilargenes.Theexplosivedevelopmentofthisfieldofresearchhasledtotheidentificationofmorethan40differentoncogeneswhichdirectdifferenteventsinthecomplexsignalsystemsthatregulatethegrowthanddivisionofcells.Changesinanyoneormoreoftheseoncogenesmayleadtocancer.

当前第26页\共有152页\编于星期五\20点BalancedCellularInteractions-ABiologicalWonder

Symmetricalandasymmetrical,multicellularstructuresdevelopfromthefertilizedovumbyaprocessofdifferentiationaboutwhichonlylimitedknowledgeisavailable.Inthefullydevelopedindividualcarefullybalancedconditionsprevail.Damageofanorganelicitssophisticatedrepairprocesseswhichleadtorestitutionoftheoriginalconditionoftheorgan.However,ifasinglecellescapesthenetworkofgrowthcontroltheresultmaybeanabnormallocalproliferationofcellsorintheworstcaseacancerimplyingthedisseminationofcellsrunningamok.

Thedevelopmentofacancerisacomplicatedprocessinvolvingseveralconsecutivechangesofthegeneticmaterial.Studiesofcellulargenes(proto-oncogenes)correspondingtotheviraloncogenes,hasstartedtoshedlightontheintricatesystemswhichcontrolnormalcellulargrowthanddivision.

当前第27页\共有152页\编于星期五\20点CellularOncogeneProductsConstituteLinksinSignalChainswhichRegulateGrowthandDivisionofCells

Theregulationofgrowthanddivisionofcellshasturnedouttobemuchmorecomplicatedthanoriginallybelieved.Cellularoncogeneproductswithdifferentpropertiesactindifferentpositionsofelaboratesignalsystems(Figure2).Inordertotransmitsignalsfromonecelltotheotherorfromonecelltoitselftherearegrowthfactors.Thesefactorsappearinthefluidssurroundingcells.Thereareexamplesofoncogeneproducts,teinsproducedinthecytoplasm,whichcanactasgrowthfactors.Thus,itwasfoundthattheproductofthesis1)genewascloselyrelatedtoapreviouslyidentifiedgrowthfactorPDGF(PlateletDerivedGrowthFactor).当前第28页\共有152页\编于星期五\20点Figure2.Oncogeneproductsarelinksinsignalchainsthatstretchfromthecellsurfacetothegeneticmaterialinthecellnucleus.Thischainiscomposedof(1)growthfactors,(2)growthfactorreceptors,(3)signaltransducingproteinsincellmembranes,(4)phosphokinasesinthecytoplasmand(5)proteinstransportedfromthecytoplasmintothenucleuswheretheybindtoDNA.Thelocalizationofdifferentoncogeneproducts(Sis,ErbB,Ras,Src,Myc)isschematicallyindicated.

当前第29页\共有152页\编于星期五\20点Inorderforagrowthfactortobeabletointeractwithacelltherehastobemembranestructures,receptors,towhichtheycanbind.Thereareseveraloncogeneproductswhichrepresentreceptorsinthecytoplasmicmembraneofthecells,e.g.ErbA,Fms,Kit.Thesereceptorshaveauniqueenzymaticactivity.Theyareso-calledkinaseswithacapacitytophosphorylate(=addaphosphategroup)theaminoacidtyrosine.Therearetwomoregroupsofoncogeneproductswithphosphokinaseactivity;firstlytyrosine/phospho-kinasewhichlackreceptorfunctionandislocatedattheinsideofthecytoplasmicmembrane,andsecondlyserine/threoninephosphokinasewhichisfoundinthecytoplasm.

Thus,oncogeneproductsfunctionaslinksinsignalchainsstretchingfromthesurfaceofthecelltothegeneticmaterialinthenucleus.Inthecytoplasmthereisonemoregroupofoncogeneproducts.ThesearecalledRasandarerelatedtoimportantcellularsignalfactorscalledG-proteins.

Finally,thereisalargenumberofoncogeneproductswhicharelocatedinthenucleusofthecell,i.e.Myc,Myb,Fos,ErbAandothers.TheseproductsdirectthetranscriptionofDNAintoRNAandthereforeplayacriticalroleintheselectionofproteinstobesynthesizedbythecell.

当前第30页\共有152页\编于星期五\20点Cancer-AComplex,BiologicalSequenceofEvents

Changesinthegeneticmaterialconstitutethebasisforthedevelopmentofallcancer.Generallythereareseveralconsecutivesuchchangeswhichinfluencedifferentstepsinthesignalchainsdescribedabove.Therefore,oneshouldàpriorinotexpecttofindonesinglecluetothemechanismoforiginofcancer.However,applicationoftheexpandingknowledgeintheoncogenefieldallowsustostartcomprehendingthedisharmonicorchestrationbehindabnormalcellulargrowth.

Itisconceptuallyincorrecttospeakabout"cancergenes".However,historicalcircumstancesexplainwhytheoncogeneterminologywasintroducedbeforeadesignationofthecorrespondingnormalcellulargeneswasproposed.Fromthepointofviewofcancertheimportantmatteristocompareoncogenesinnormalcellsandintumorcells.

当前第31页\共有152页\编于星期五\20点OncogenesasaCauseofCancer

Themajorityofoncogeneshavebeendiscoveredinexperimentalstudiesusingretroviruses.However,inafewcasesoncogeneswereidentifiedbytheuseofanalternativetechnique,i.e.geneticmaterialwasisolatedfromtumorcellsofnon-viraloriginandtransferred(transfected)toothercellsprapagatedinculture.ThecellsreceivingtheDNAchangedgrowthpattern,andfurthercharacterizationofthetransfectedgeneticmaterialrevealedthepresenceofoncogenes.

Twoprincipallydifferentformsofactivationofoncogenescanbedistinguished.Firstly,thenormalcellularoncogeneishyperactive,andsecondlytheoncogeneproductisalteredsothatitcannolongerberegulatedinanormalway.Thereareseveralexamplesofthesetypesofactivationofoncogenes.

Thediscoveryofoncogeneswasasmentionedoriginallymadebytheuseofretroviruses.Thisinfersthatgeneticcontrolelementsinthevirusitselfcanberesponsiblefortheabnormalexpressionoftheoncogene.However,inmanycasesitwasfoundthatalterationsofthetransferredoncogenecontributedtoitsaccentuatedexpression.

当前第32页\共有152页\编于星期五\20点Thereareretroviruseswhichlackoncogenesbutstillcaninducecancer.Thisisduetothefactthatthevirushasinserteditsgeneticmaterial(intheformofDNA)veryclosetoanormallyoccurringoncogeneinthegeneticmaterialofthecell.Thismayresultinanincreasedturn-overoftheoncogenewhichmayleadtoabnormalcellulargrowth.Thecorrespondingphenomenoncanalsooccurintheabsenceofretroviruses.Inthiscasethereisareorgani-zationofthegeneticmaterialinthecell.Suchareorganizationmayoccurwithinasinglechromosomeorbyexchangeofmaterialbetweenchromosomes.Repeatedcopyingofanormaloncogenecanleadtoitsamplificationinthechromosomeandconsequentlytoincreasedamountsoftheoncogeneproduct.Incertainbraintumors,glioblastomas,anamplifiederbB-genehasbeenfound,andacorrespondinglyincreasedneu-geneactivitywasshowninsomeformsofbreastcancer.

Thesameeffectcanbeseenwhenthereisareciprocalexchangeofsegmentsbetweenchromosomes(translocation).Thusthenormalmyc-geneonchromosome8hasbeentranslocatedtochromosome14inmanypatientswithBurkitt'slymphomas(Figure3).Theinsertionofthemyc-genecontainingchromosomesegmentissuchthatitbecomeslocatedclosetohyperactivegenesdirectingthesynthesisofantibodyprotein.Asa当前第33页\共有152页\编于星期五\20点consequencethemyc-genebecomesactivated.Chromosometranslocationsoccurinmanydifferenttumors.Chromosomeanalysiscanthereforebeofconsiderablevalueforlocalizationofgeneticchangesinthegenomecriticalfortumordevelopment.Figure3.ChromosometranslocationinBurkitt'slymphoma.Segmentshavebeenexchangedbetweenchromosomes8and14whichhasactivatedtheoncogenemyc.

当前第34页\共有152页\编于星期五\20点Oncogeneswithpointmutationshavebeenobservedinmanytumors.Thesemutationsmaycausealterationsintheaminoacidcompositionofthegeneproduct.Awell-knownexampleofsuchamodificationistheexchangeofaminoacid12fromglycinetovalineintherasgeneproductwhichhasbeenobservedinhumantumormaterial.Themutationmayalsobesomewhatmoreextensiveleadingtotheabsenceofpartoftheprotein(deletion).DifferentexamplesofmodifiedoncogenesinhumantumormaterialaregiveninTableI.当前第35页\共有152页\编于星期五\20点TheImportanceofVirusesforCancerinMan

Cancerisnotacontagiousdisease.However,infectiousagentslikevirusescancontributetotheoriginofcancer.Thus,itisbyuseofretrovirusesthatmostoncogeneswereidentified,thestartingmaterialsinsuchinvestigationsoftenbeinghighlyspecialized,experimentallyderivedtumors.Itseemslikelythatretrovirusesplayarelativelylimitedroleforthedevelopmentofcancerundernaturalconditions.TheonlyknownexampleinmaninwhicharetrovirusinfectioncontributestotheoriginofcanceristheHTLV-1associatedlymphomaswhichoccurinJapan.

However,thereareotherkindsofviruseswhichcancontributetothedevelop-mentoftumorsinman.AlltheseviruseshaveDNAastheirgeneticmaterial.Asexamplescanbementionedpapillome(wart)virusesandEpstein-Barrvirus,atypeofherpesvirus.Certaintypesofpapillomevirusesplayaroleforthedevelopmentofcervicalcancerinthegenitaltract,whileEpstein-BarrvirusisanimportantfactorforthedevelopmentofBurkitt'slymphomasinAfricaandnasopharyngealcancerinAsia.However,inallthesecasesfactorsinadditiontothevirusinfectionsarerequiredforthecancertodevelop.当前第36页\共有152页\编于星期五\20点（二）病毒癌基因和对应原癌基因的比较原癌基因的限制性表达产物具有促进细胞生长、增殖、分化和发育等生理功能，属于正常的调节基因。细胞原癌基因外显子序列在进化上极为保守，被称为持家基因（housekeepinggene），说明这类基因的表达产物在生命活动中是必需的。在受到某些化学、物理或生物性等因素作用下原癌基因因结构、数量等改变而被激活后能使细胞发生恶性转化。当前第37页\共有152页\编于星期五\20点病毒癌基因和对应原癌基因比较有序列的同源性和相似表达产物，但病毒癌基因经过病毒自身改变修饰，和对应的原癌基因比较，主要存在以下一些差别：1、病毒癌基因无内含子,而原癌基因通常有内含子或插入序列。2、病毒癌基因较原癌基因有较强的转化细胞功能，其原因在于病毒癌基因与同源的原癌基因在外显子序列中存在着微小的差别。当前第38页\共有152页\编于星期五\20点3、病毒癌基因常会出现碱基取代或碱基缺失等突变,而原癌基因则较少发现这类突变。4、病毒癌基因通常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。当前第39页\共有152页\编于星期五\20点（三）癌基因的分类依据其基因结构与功能特点可将大部分原癌基因归于以下几个家族:1、src家族:包括src、abl、fes、fgr、fps、fym、kck、lck、lyn、ros、tkl和yes等基因。Src是最早被发现的癌基因。其表达产物的氨基酸序列具有较高同源性和酪氨酸蛋白激酶活性以及同细胞膜结合的性质，定位于胞膜内侧或跨膜分布。当前第40页\共有152页\编于星期五\20点2、ras家族:包括3类密切相关的成员,即H-ras、K-ras及N-ras。虽其核苷酸序列的同源性较少，但编码蛋白质的分子量均为21000,即p21。其表达产物多属传递信号的小G蛋白，能结合GTP，有GTP酶活性，并参与细胞内cAMP水平的调节。3、myc家族:包括c-myc、L-myc、N-myc、fos、ski等基因,其表达产物定位于细胞核内,为DNA结合蛋白类,或为转录调控中的反式作用因子,有直接的调节其他基因转录的作用。当前第41页\共有152页\编于星期五\20点4、sis家族:目前认为sis基因仅有一个成员。其表达产物与血小板源生长因子（plateletderivedgrowthfactor，PDGF）结构相似，可促进间叶组织的细胞增殖。5、erb家族:包括erb-A、erb-B、fms、mas、trk等基因,其表达产物是生长因子和蛋白激酶类。6、myb家族:包括myb和myb-ets复合物等基因,其表达产物为核内转录调节因子，能与DNA结合。当前第42页\共有152页\编于星期五\20点

根据表达产物的功能和定位可将原癌基因分为以下几类：1、蛋白激酶类：（1）跨膜生长因子受体包括erbB、fms、kit、neu（erb-2、HER-2）、ret、sea等基因。（2）膜结合的酪氨酸蛋白激酶包括src、abl、fes、fgr、fps、fym、kck、lck、lyn、ros、tkl和yes等基因。当前第43页\共有152页\编于星期五\20点（3）可溶性酪氨酸蛋白激酶包括met、trk等基因。（4）胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶包括raf（mil、mht）mos、cot、pl-1等基因。（5）非蛋白激酶受体包括mas、erb等基因。当前第44页\共有152页\编于星期五\20点2、信息传递蛋白类：（1）与膜结合的GTP结合蛋白包括H-ras、K-ras、N-ras等基因。（2）生长因子类包括sis、int-2等基因。（3）核内转录因子包括c-myc、N-myc、L-myc、fos、jun等基因。当前第45页\共有152页\编于星期五\20点二、癌基因产物的功能原癌基因表达产物的主要生理功能是调节细胞的生长、增殖、分化，并在细胞内信息传递过程中起到十分重要的作用，这些功能均与正常细胞的增殖密切相关。当前第46页\共有152页\编于星期五\20点(一)生长因子及其类似物以生长因子为例。细胞可自分泌（autocrine）生长因子(growthfactor,GF)，该生长因子又可促进细胞自身的增殖作用而发生转化。在此过程中，有癌基因产物参与。当前第47页\共有152页\编于星期五\20点当前第48页\共有152页\编于星期五\20点（二）生长因子受体类某些原癌基因的表达产物为跨膜受体，主要有两类：1、酪氨酸激酶类受体2、非酪氨酸激酶受体当前第49页\共有152页\编于星期五\20点当前第50页\共有152页\编于星期五\20点（三）胞内信号转导蛋白类当胞外生长因子与膜受体结合后，通过胞内一系列传导体（transducer）将生长信号传递到胞内、核内，而引起一系列相关基因的表达而促进细胞增殖。某些癌基因编码参与信号转导激酶级联反应过程的信号传递蛋白，当前第51页\共有152页\编于星期五\20点当前第52页\共有152页\编于星期五\20点(四)核内转录因子当胞外生长信号传入胞内，最终将导致一系列有关基因的表达，这些基因的表达将由信号转导过程中所活化的转录因子决定，而部分转录因子亦可被活化为癌蛋白。某些癌基因的编码与基因调控序列结合调节转录的反式作用因子，其表达产物定位于细胞核，在生长因子调控细胞增殖的过程中起重要的作用。当前第53页\共有152页\编于星期五\20点当前第54页\共有152页\编于星期五\20点三、原癌基因激活的机制当前第55页\共有152页\编于星期五\20点(一)原癌基因点突变原癌基因的表达产物多具有促进细胞增殖的功能，当点突变发生后，（1）该蛋白质的活性可能大大增强，对细胞增殖的刺激作用也增强；（2）可能使该蛋白质的稳定性增加，导致其在胞内的浓度增加，对增殖刺激的时间和强度也随之增加；（3）可能会引起RNA的错误剪接（splicingsite）而改变蛋白质的结构和功能。当前第56页\共有152页\编于星期五\20点正常细胞H-ras基因碱基序列ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGGCGGTGTG肿瘤H-ras碱基序列ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGTCGGTGTG正常细胞p21蛋白的氨基酸序列MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaGlyAlaVal肿瘤H-ras编码p21MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaValAlaVal蛋白氨基酸序列

图16-1.H-ras基因的点突变当前第57页\共有152页\编于星期五\20点

11114EctoTmCyto错义（e.g.codon609）MEN2A/FMTC错义（e.g.codon918）MEN2B无义缺失、框架移动Hirschsprung病错义(e.g.codon620)Hirschsprung病及/或MEN2A

RETmutation综合征当前第58页\共有152页\编于星期五\20点（二）原癌基因获得启动子与增强子某些不含v-onc的弱转化逆转录病毒,而其前病毒含有强启动子和增强子的长末端重复序列(longterminalrepeat,LTR)，若插入（insertion）到细胞癌基因邻近位置,便会使该细胞癌基因过度表达，导致肿瘤的发生。

当前第59页\共有152页\编于星期五\20点当前第60页\共有152页\编于星期五\20点（三）原癌基因甲基化程度降低原癌基因DNA分子中的甲基化(methylation)对于保持其双螺旋结构的稳定,阻抑基因的转录具有重要作用。当前第61页\共有152页\编于星期五\20点（四）原癌基因的扩增原癌基因通过某些机制在原染色体上复制出多个拷贝，导致表达产物异常增多而加速细胞增殖。当前第62页\共有152页\编于星期五\20点（五）原癌基因的易位或重排癌基因从所在染色体的正常位置上易位（trnaslocation）至另一染色体的某一位置上，使其调控环境发生改变，从相对静止状态转为激活状态。当前第63页\共有152页\编于星期五\20点第二节抑癌基因当前第64页\共有152页\编于星期五\20点一、抑癌基因的概念抑癌基因，又称肿瘤抑制基因，大多编码与细胞周期调控有关的抑制蛋白，可调控正常细胞的生长。当抑癌基因发生缺失或突变时，细胞不能表达或表达无活性的抑制蛋白，细胞增殖失控而导致肿瘤的发生。与癌基因相比，它们的数量有限，说明比多样化的癌基因具有更普遍的作用，在人类癌症发生过程中具有至关重要的作用。当前第65页\共有152页\编于星期五\20点抑癌基因通常用2或3个字母来表示，有时也介入蛋白质产物的大小。基因的蛋白质产物可用其相质对分子量来表示，前面加p或与基因相同的代码。如p53基因的命名是因其编码序列所翻译的蛋白的相对分子质量约为53000，其基因产生p53蛋白。当前第66页\共有152页\编于星期五\20点表16-1常见抑癌基因的一些生物学特性基因染色体 基因产物及作用 主要相关肿瘤APC 5q21 可能编码G蛋白 结肠癌BRCA1 17q21 含锌指蛋白的转录因子 乳腺癌、卵巢癌DCC 18q21 p192,细胞粘附分子 结肠瘤erbA 17q21 T3受体，含锌指结构 急性非淋巴细胞白血病 的转录因子NF-1 17p12 GTP酶激活剂 神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤、 雪旺氏细胞瘤、神经纤维肉瘤P16 9p21 p16蛋白(CDK4、6抑制剂) 黑色素瘤等多种肿瘤P15 9q21 p16蛋白(CDK4、6抑制剂) 胶质母细胞瘤P21 6q21 p21蛋白(CDK4、6抑制剂) 前列腺癌P53 17p13 p53（转录因子） 星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、 结肠癌、小细胞肺癌、胃癌PTEN 10q23 细胞骨架蛋白和磷酸酯酶 胶质母细胞瘤RB 13q14 p105（转录因子） 视网膜母细胞瘤、成骨肉瘤、胃癌、 小细胞肺癌、乳癌、结肠癌WT-1 11p13 含锌指蛋白的转录因子 WT、横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、 乳癌、肝母细胞瘤当前第67页\共有152页\编于星期五\20点抑癌基因根据其对细胞生长的作用,是否可逆性抑制细胞增殖、分化、和诱导凋亡等功能可分为以下两类：1.抑癌基因产物与癌基因产物直接作用核内(如P53、

Rb)，细胞浆(如NF1):不可逆性抑制细胞增殖，使细胞生长、分化终止，促进细胞凋亡。2.抑癌基因对癌基因表达的负调节作用,包括转录或转录后的调节(如WT1):可逆性抑制细胞增殖、生长。当前第68页\共有152页\编于星期五\20点二、重要的抑癌基因及其功能当前第69页\共有152页\编于星期五\20点(一)Rb基因人类Rb基因位于人13号染色体q14,全部序列约200kb,含27个外显子,可转录出4.7kb的mRNA,该mRNA编码相对分子量介于109000～113000被称之为p105的蛋白质，因首先在儿童视网母膜细胞瘤中发现,故又称为p105-RB基因，是第一个被分离到的抑癌基因。当前第70页\共有152页\编于星期五\20点Rb基因的作用机制：

Rb基因的失活主要与视网膜母细胞瘤的发生相关。研究发现，在G0、G1期，低磷酸化型的p105Rb可与促进细胞分裂的转录因子E-2F结合形成复合物，从而阻止E-2F对某些基因启动转录，其中包括了一些在细胞增殖过程中起主要作用的基因，如c-myc基因等。高磷酸化型的p105Rb则可促使其与E-2F转录因子分离，从而使其呈现活性，细胞即由G1期进入S期。当前第71页\共有152页\编于星期五\20点当前第72页\共有152页\编于星期五\20点当前第73页\共有152页\编于星期五\20点(二)p53基因1979年，发现53000的磷酸化蛋白。p53基因定位于17p13，含有11个外显子，编码蛋白质为P53，是一种核内磷酸化蛋白，与人类肿瘤相关性最高。野生型p53是抑癌基因，突变型起癌基因作用。可分为三个结构域：N端的酸性区、中段疏水核心区与C端的碱性区，分子中有一核定位信号。可与特异的DNA片段结合，其酸性区域具有许多转录调节因子的共同特征，并与寡聚体的形成有关。p53蛋白能以四聚体的形式与DNA结合，调节其它基因的表达。当前第74页\共有152页\编于星期五\20点当前第75页\共有152页\编于星期五\20点图16－2

p53蛋白的结构

当前第76页\共有152页\编于星期五\20点正常细胞中均含低水平的p53蛋白,其半寿期很短,仅10分钟左右。野生型（wildtype）p53蛋白的生物学功能主要有：当前第77页\共有152页\编于星期五\20点1.抑制细胞周期p53蛋白可与p21基因特定序列结合促进p21基因的表达，而p21蛋白是细胞周期促进因子CDK的抑制剂，该蛋白可通过与CDK的结合而抑制CDK的激酶活性，从而使细胞周期停止在G1期。因此，p53蛋白在细胞内通过促进p21基因的表达而抑制细胞周期。上述功能受其细胞内含量及是否磷酸化的影响。在细胞有丝分裂后,p53蛋白的表达水平很低,到G1期时才开始升高,而到S期时由CDK激酶和酪氨酸激酶Ⅱ催化p53蛋白不同的部位发生磷酸化反应而转变为磷酸化型。p53磷酸化以后,其抑制DNA复制的作用增强。当前第78页\共有152页\编于星期五\20点2.抑制某些癌基因对细胞的转化作用实验表明野生型p53蛋白可有效抑制各种癌基因如c-myc、ras基因或腺病毒E1A对细胞的转化作用。3.监测细胞DNA损伤正常细胞在DNA损伤后，p53蛋白表达急剧上调，使细胞分裂停止于G1期，与复制因子A相互作用参与DNA复制，启动细胞DNA修复系统。因此，在正常细胞中，p53蛋白通过监测DNA损伤而保证细胞中遗传物质的忠实性和稳定性，防止细胞的恶性转化。当前第79页\共有152页\编于星期五\20点4.诱发细胞凋亡如细胞DNA修复失败，p53蛋白可启动程序性细胞死亡(programmedcelldeath,PCD)，或称细胞凋亡的过程，诱导癌变细胞或有癌变倾向的DNA损伤细胞的死亡。当前第80页\共有152页\编于星期五\20点当前第81页\共有152页\编于星期五\20点p53直接作用于细胞周期IncreasedExpressionCellCycleArrestinG1ApoptosisDNARepairCelldivisionWUTANTp53LossofCellCycleArrestinG1GenomicInstabilityCelldivisionWithAccumulatedDNADAMAGEWILDTYPEp53增殖当前第82页\共有152页\编于星期五\20点p53p21CDK2p21CDK2CYCLINDCYCLINEDNASynthesisCelldivisionp21:CDKsINHIBITORBlockCDK/cyclinactiyityCellarrestatG1CDKs:CYCLINDEPENDENTKINASESp53WAF1p53基因作用于p21当前第83页\共有152页\编于星期五\20点(三)肾母细胞癌基因（WT1基因）人类WT1基因位于11号染色体p13上，已克隆的WT1是从遗传性Wilms瘤中分离到的一种抑癌基因，其功能与肾细胞分化有关。WT1基因全长约50kb，其mRNA长约3kb，编码含345个氨基酸残基的蛋白。WT1基因的表达具有组织特异性，在胚胎肾上皮、胎儿睾丸和卵巢及一些造血细胞中表达，在成人肾中不表达。当前第84页\共有152页\编于星期五\20点WT1基因表达的蛋白产物与早期生长反应因子(earlygrowthresponsefactor1,EGR-1)有相似的DNA结合结构域，并识别、结合同一DNA序列(5‘-CGCCCCGC-3’)。但EGR-1可激活下游基因转录，而WT1蛋白则作为转录抑制因子，阻抑细胞分裂增殖相关的基因转录，抑制细胞增殖。Wilms肿瘤细胞中，因WT1基因突变，变异的WT1基因编码的蛋白质失去了其阻抑转录的作用而成为引起细胞恶变。当前第85页\共有152页\编于星期五\20点三、癌基因、抑癌基因与肿癌的发生现普遍认为肿瘤的发生是一多因素、多阶段、多步骤、累积渐进的过程。细胞癌变的多个基因协同假说被广泛接受。该假说认为细胞癌变是多步骤、多重异常变化的复杂过程，在肿瘤的发生发展的各阶段，至少需要两个或更多个不同的相关癌基因的异常激活和（或）抑癌基因的失活，才有可能引起细胞的癌变。当前第86页\共有152页\编于星期五\20点抑癌基因的失活常见的几种途径：①基因缺失或自身突变，不表达或表达产物失去活性；②表达蛋白质的磷酸化状态；③抑癌蛋白与癌蛋白相互作用，使活性相互抑制。当前第87页\共有152页\编于星期五\20点抑癌基因失活机制

Knudson’“两次打击”论1.二个等位基因中的一个缺失（LOH）

对癌易感的引起遗传综合症的基因突变2.另一个等位基因突变如：RB-1化学致癌物、病毒等引起体细胞中的基因突变3.基因5’端CPG岛胞嘧啶（C-5）高度甲基化，抑制抑癌基因的转录当前第88页\共有152页\编于星期五\20点mutMemutmutMeMeMeMeMutationMethylationFirsthitLOH

MethylationLOH

MethylationSecondhitSecondhitMutationMutationMethylationBialielic++++LOHmethylationLOHmethytaoon当前第89页\共有152页\编于星期五\20点（ERFearon和BVogelstein,1990年）结直肠癌发生发展过程中的基因改变模式图当前第90页\共有152页\编于星期五\20点第三节生长因子当前第91页\共有152页\编于星期五\20点一、概述一类由细胞分泌、具有调节细胞生长与分化作用，类似于激素的信号分子称