分子生物学-疾病与人类健康.ppt

1、疾病与人类的健康有关，现代科学认为疾病的发生本质上直接或间接与基因有关。 因此，从某种意义上说，人类的疾病都是“基因病”。古典的单基因病：某个单基因部位发生了缺陷等位基因。 多基因病：多个基因与调控这些基因表达的环境因子的相互作用。 获得性基因病：病原微生物感染引起的感染是病原微生物基因组与人基因组相互作用的结果，与基因结构和表达模式变化相关，肿瘤(tumor/neoplasm):是未经正常生长调控而繁殖的细胞群。 良性肿瘤：生长局限于自己的正常位置，不感染周围组织和其他器官。 恶性肿瘤(癌): 具有感染性和转移性，可感染、破坏邻近的正常组织，并随循环系统散布于更远的组织。 癌症的发生率随着年

2、龄的增长而急剧上升。 人的年龄在40-80之间，癌症的发生呈指数增加，表明癌症的发生是一系列独立事件的综合结果。 体外培养的正常细胞和转化细胞不同2种癌基因原癌基因的表达调控原癌基因产物及其分类抑癌基因产物对原癌基因的调控，永生化(immortalization):是细胞无限增殖的特性转化(transformation ) :是包含一系列变化、能够使永生细胞不受生长约束的肿瘤细胞是永生化、转化的细胞，对血清生长因子的需求不同，肿瘤细胞对细胞生长因子的依赖性减少，一些肿瘤细胞在没有正常细胞生长所必需的外源因子的情况下繁殖，有时肿瘤细胞自身产生生生长因子驱动自我繁殖体外培养的正常细胞对血清生长因子

3、的需求很高，体外培养的正常细胞与转化细胞的差异，正常细胞的表达密度依赖型，即正常细胞培养物维持在一定水平的血清生长因子，繁殖到一定的细胞密度就停止生长。 如果降低细胞密度继续培养，细胞就会恢复繁殖。 转化细胞继续繁殖到更高的细胞密度。 细胞密度、锚定依赖性、正常细胞体外培养时必须附着于固体基质如培养盘表面才能生长。 肿瘤细胞可浮游生长而不附着于表面，这种特性称为锚定不依赖性(ancherage independence )。 增殖生命周期、正常细胞体外繁殖能力有限，分裂一定次数后停止生长死亡。 转化细胞可以继续生长，这种永久培养物被称为“建立、持续或无限增殖细胞系”。 抑制移动的接触，正常细胞

4、沿培养盘表面移动，但与附近细胞接触后停止移动。 转化细胞不表现出这种转移的接触抑制。normalfibroblastsgrowasalayerofflat、spread-out cells、whereastransformedfibroblastsareroundedupandgrowincellmasses.thecultu thoseontherightcontaintransformedcells .2种癌基因、细胞癌基因(cell oncogene，c-onc )病毒癌基因(virus oncogene，v-oncogene在正常细胞中是这些基因因为只有在细胞癌变时才有活性，所以原癌基

5、因原癌基因不活性化时，可以促进正常细胞的生长、增殖、分化、发育等，属于“看守基因”的活性化则变成细胞癌基因，可以将正常细胞转化成肿瘤细胞。 (原癌基因由于放射线和化学致癌物质等外在因素，在数量和构造上发生微小的变化。 病毒癌基因(virus oncogene，v-onc )病毒所具有的转化因子，编码这些基因的主要是DNA病毒和RNA病毒。DNA病毒RNA病毒、乙肝病毒(HBV )、乳头瘤病毒(papillomaviruses )、腺病毒(adenoviruses )病毒(simian virus 40) SV40 ) 痘病毒(poxviruses )、DNA病毒、Rous于1911年首先发现和

6、研究了鸡肉瘤病毒(后来称劳斯肉瘤病毒Rous sarcoma virus，RSV )，RNA病毒-逆转录病毒，该RNA是病毒DNA根据RNase分解RNA，以此DNA为模板，利用DNA聚合酶指导第二条DNA链的合成。 双链DNA嵌入宿主细胞的基因组中。 合并的逆转录病毒DNA分子称为原病毒。 retroviruses (HIV ) budfromtheplasmamembraneofaninfectedcell.photographkindlyprovidedbymatthewgonda .Gag: Env :病毒外膜糖蛋白Gag:病毒外包蛋白基因Pol:逆转录酶和整合素基因env基因、病毒外

7、膜糖蛋白基因、hivthehumanimmunodeficiencyvirus (人免疫缺陷病毒)、 核苷酸型逆转录酶抑制剂诱发人获得性免疫缺陷综合征(acquired immuno-deficiency syndrome )非核苷酸型逆转录酶抑制剂，RNA逆转录瘤病毒是急性转化型acute非急性转化型non defective ve 非急性转化型Nondefective virus在癌基因依赖LTR中不具有强启动子作用原癌基因，诱发癌化感染后长时间病毒开始发生肿瘤的病毒的肿瘤性不依赖于该癌基因，可以激活细胞内原癌基因的表达，急性转化型AAS 这种病毒感染动物后，短时间内实体肿瘤和白血肿携带的

8、癌基因位于病毒基因组内部，基因组的3个端部，而没有插入结构基因内部的具有体外形质转换细胞的能力缺陷型逆转录病毒辅助病毒的存在表达为复制。transformingretroviruscarriesacopyofacellularsequenceinplaceofsomeofitsowngene (s )，急性转换型： replication-defeed反转录病毒基因组中包含的o 这些动物和人原癌基因被病毒修饰改造，成为病毒基因组的一部分，具有致癌性。 细胞原癌基因大多为断裂基因，具有插入序列，而病毒致癌基因往往是未断裂的完整编码框架。 实验证明，断裂基因、不完全断裂的可读框架、癌基因产物的协同

9、作用，在细胞周期中G1期对细胞生长的调控具有重要意义，由于此时相存在“生长调控点”，在正常情况下，细胞通过对信号的响应，发挥生长调控点的调节作用，使细胞通过， 向s进化的cmyc的表达有可能使细胞通过“生长调控点”获得潜能，而c-ras的表达增强了cmyc的这种作用潜能，两者的协同作用似乎使细胞向s期过剩成为可能。 即c-myc和c-ras表达的协同作用是细胞分裂的必要步骤。 用ras和myc同时转染细胞，可以长期增殖细胞，但不能转化成癌细胞，也不能在裸鼠体内形成肿瘤。 然而，如果在ras myc中同时转染细胞，细胞就会转化成癌细胞。 说明：致癌需要至少两种以上的onc协同作用，两种onc通过

10、两个途径工作，细胞增殖调控是多因素，因此影响多阶段的结果。 另一方面，由于影响增殖分化的onc达数十种，因此癌的发生多阶段多阶段，定量模型： vonc的表达失去控制，导致基因的过度表达，过度表达导致肿瘤形成。 例如，mos、sis、myc等。或它们的表达不闭合的定性模型： v-onc蛋白产物性质的变化。 蛋白质的局部化和感受性等更加致癌性。 这些新性状对细胞有毁灭性的影响，v-onc为什么是致癌性的呢？ 原癌基因是参与细胞内细胞增殖的正常基因，是维持机体正常生命活动所必需的，具有进化上的高保守性。 正常细胞中通常以单拷贝的形式存在，只有低水平的表达，或完全不表达。 原癌基因的结构通常引起点突变

11、或插入、重排、缺失及扩增等，使其转录活性发生改变。 原癌基因的表达调控、碱基缺失或单碱基突变、基因扩增、染色体重排、蛋白质活性大大提高，蛋白质不变化，但总量大大提高，例如，在Ha-ras原癌基因的第二外显子中，p21第61个Gln位于Leu 因此，在p21分子的一部分部位，产生能够引起蛋白质构象变化的单一氨基酸替代物，使细胞得到转化活性。 点突变，Ras-GDP为惰性状态，Ras-GTP为活性状态，作用于其靶分子。 GTP activating protein，促进GTP的水解制成GDP。 g交换因子、GEF、促进Ras用GDP交换的GTP癌基因vRas编码的Ras对Ras-GAP不起作用。

12、由此，Ras永远处于激活状态，连续刺激靶分子，相当一部分基因永久表达。 这是癌症发生的机理之一。 GTP结合蛋白类ras、LTR(long terminal repeat ) :逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列，其结构中含有强启动子序列。 LTR插入原癌基因的启动子区或邻近部位，可根本改变基因的正常调控规律。 另外，LTR插入、c-myc的编码顺序不变，仅仅失去了正常的病毒控制。 导致表达量的增加而致癌。 许多类型的人肿瘤存在染色体数量和结构异常现象，表明原癌基因重排的可能性。 原癌基因之间，或者原癌基因和非原癌基因之间的重排。 在基因重排、Burkitt淋巴瘤中，c-myc位于8q24

13、IgH，14q32 Ig位于22q12 Ig，2q11 c-myc在从其上游区到第二外显子的区域内断裂，转位到IgH、Ig或Ig部位， 大量表达Ig基因和本来不表达c-myc的c-myc基因，在正常人细胞中，非受体酪氨酸激酶基因abl位于第9号染色体上，表达量极低，不诱发癌变。 在慢性骨髓瘤患者细胞中，该基因转移到第22号染色体，与bcr基因融合，表达量大幅提高。 很多原癌基因5上游存在负调控序列，如果该序列缺失或突变，将丧失抑制基因表达的能力，基因缺失，部分原癌基因5上游存在负调控序列，该序列缺失或突变将丧失抑制癌基因表达的能力。 Brukitt淋巴瘤中的c-myc因负调控序列的缺失或LTR

14、插入而增强表达。 增加每个细胞的基因拷贝数，直接增加可利用的转录模板数，增加基因表达。 基因扩增在正常细胞生长发育过程中需要很多相关蛋白质，通过基因扩增方式有增加表达量的效果。 在肿瘤细胞中，DNA扩增的发生频率至少比正常细胞高一千倍。 癌基因通常是肿瘤细胞中DNA扩增的靶点，实验证明在各种人肿瘤中发现了十多种癌基因扩增。 其机制是原癌基因扩增后的过度表达。蛋白质结构虽然没有改变，但总量有很大提高，基因相互作用和癌基因表达，(1)染色体序列对原癌基因表达的影响基因表达不仅取决于基因本身及其邻近区域的一级结构，还取决于其空间序列即染色体上基因的空间序列和染色质的结构。 如果两个基因过于接近，往往

15、难以形成有利于高效转录的空间结构。 基因区：基因与基因之间的间距基因区效应：如果同一DNA链上具有相同转录方向的2个基因间隔小于一定长度，则会影响高效转录所需的染色质结构的形成，导致这2个基因中的一个或两个无法转录或转录活性显着下降。 原癌基因产物及其分类、原癌基因产物的共同特征：可诱发一系列与细胞生长分化相关的基因表达，改变细胞的表型。 根据细胞中的位置不同，与膜结合的蛋白(erb B、neu、fms、src基因产物)可溶性蛋白(mos、sis、fps基因产物)核蛋白(myc、ets、jun， 根据这些蛋白质分为myb基因三类的功能：生长因子类生长因子受体类GTP结合蛋白质激酶类核蛋白质类功

16、能未知类、癌基因编码信号转导级联反应的蛋白质、(2)原癌基因最终产物对基因表达的调控， 某原癌基因产物对其他原癌基因表达的调控作用对某种原癌基因产物自我表达的反馈调控作用，癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3处，癌基因产物模拟结合配体的生长因子受体， 无外源生长因子时提供促进细胞分裂信号的癌基因产物作用于细胞内的生长调控途径，消除该途径对外源刺激信号的需求，生长因子类sis、sis过度表达基因调控元件突变，细胞大量合成， 癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3个：癌基因产物本身模拟生长因子，并通过与其相应的受体作用自身分泌刺激细胞的生长。 癌基因产物模拟结合配体的生长因子受体，无外源生长因子时提供促进细胞分裂