分子肿瘤学医学ppt

分子肿瘤学癌 基 因 与 抑 癌 基 因,Oncogene and tumor suppressor gene,一、癌基因,概念： 癌基因（oncogene）是一类被激活的基因，能促进恶性表型的形成，而激活意味着原癌基因（proto-oncogene)的表达在质和量上的改变。,（一）病毒癌基因 virus oncogene,病毒癌基因（virus oncogene,v-onc）： 肿瘤病毒(大多数是逆转录病毒)中存在的能使靶细胞发生恶性转化的基因称为v-onc。,1、RNA肿瘤病毒与癌基因,最初是在Rous肉瘤病毒（Rous Sarcoma Virus,RSV,为一种逆转录病毒）中发现的，第一个病毒癌基因被称为v-rsc,该序列在病毒基因组中不编码病毒的结构成分，对病毒的复制也无作用。 病毒癌基因来源于细胞癌基因：急性逆转录病毒在感染宿主的的过程中把宿主细胞原癌基因的mRNA整合到病毒基因组内，经过某些修饰改变成了病毒基因组的一部分，并具有致癌性。,许多逆转录病毒具有v-onc，是引起动物肿瘤的常见原因，但在人类很少引起肿瘤。某些逆转录病毒不具有v-onc，但它的调节序列（LTRs)调节临近的宿主基因。例如Mouse mammary tumour virus (MMTV)可上调宿主生长因子基因表达。,病毒基因组结构,2、DNA肿瘤病毒与癌基因,某些DNA病毒也具有致瘤性，如SV40、乳头状瘤病毒等，但未能在正常细胞基因组中找到同源序列的原癌基因DNA病毒与逆转录病毒的区别在于前者能自主复制，而不需整合入宿主的染色体内DNA病毒能够通过自己的蛋白产物结合并失活宿主蛋白发挥作用，P53蛋白、pRb是主要靶蛋白,（二）细胞癌基因和原癌基因,v-onc与正常组织中的某些基因序列高度同源，将正常组织中的这些基因称为原癌基因（proto-oncogene)或细胞癌基因（cellular oncogene,c-onc）原癌基因的产物具有促进正常细胞生长、增殖、分化和发育的功能。原癌基因激活后称为癌基因（oncogene） ，可导致细胞癌变。癌基因的名称一般用3个斜体小写字母表示，如myc、ras、src等。,1、病毒癌基因与细胞癌基因的比较,病毒癌基因在两端通常有序列的丢失病毒癌基因无内含子，细胞癌基因通常有内含子或插入序列病毒癌基因常会出现碱基取代或碱基缺失二者的同源序列有一定程度的差异，功能上也有差异,2、细胞癌基因的特点:1、广泛存在于生物界中；2、基因序列高度保守；3、它的作用通过其产物蛋白质来体现；4、被激活后，可形成癌性的细胞转化基因。,3、癌基因家族 oncogene family,按其表达蛋白的功能分为： sis家族 - 生长因子类 src家族 - 生长因子受体/酪氨酸蛋白激酶类 ras家族 - GTP结合蛋白类 myc家族-核内DNA结合蛋白类 myb家族-核内转录因子类,目前认为广义的“癌基因”应当是：凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信息传递分子，及与生长有关的转录调节因子的基因均应归属癌基因的范畴。,4、癌基因表达产物在细胞增殖信号转导中的作用,癌基因编码产物对细胞增殖有调控作用，其编码的产物主要是：（1）生长因子类：如 int-2编码成纤维细胞生长因子（TGF）；sis编码PDGF类似物；c-sis产物与PDGF同源性达87%，与PDGF受体结合，影响细胞的生长、分裂、分化。当此类原癌基因异常表达时，产生许多与生长因子相似的产物，使信号转导系统失调，导致细胞增生和出现永生化,（2）受体类：许多膜受体都是癌基因编码产物跨膜生长因子受体的蛋白酪氨酸激酶：如erb-B（表皮细胞生长因子受体）；fms（巨噬细胞集落刺激因子受体）等可溶性蛋白酪氨酸激酶受体如 met， trk非蛋白激酶受体如 erb-A （甲状腺激素受体）；mas （血管紧张素受体）,（）低分子量蛋白 如H-ras ，k-ras等，表达产物是低分子量蛋白，参与细胞增殖信号的转导（）胞内蛋白激酶 与膜蛋白结合的蛋白酪氨酸激酶：如abl及src族（使底物酶蛋白酪氨酸残基磷酸化后以活性形式结合于膜内侧，这一变化同细胞的无限生长有关） 胞浆丝氨酸苏氨酸蛋白激酶：如cot，mos等,（5）胞浆调节蛋白：如crk（6）核内转录因子：如c-myc ，l-myc等。编码产物为反式作用因子，们于核内，可与某些特定的DNA结合，影响复制、转录，从而影响细胞的增殖、分化和凋亡,（三）原癌基因活化的机制,1、逆转录病毒激活原癌基因 插入激活或插入致突变 转导激活2、人类原癌基因的激活 点突变 基因易位（重排） 基因扩增 外基因机制,1、逆转录病毒激活原癌基因,有两个学说：插入激活或插入致突变 LTRs等结构具有启动子或增强子作用，插入到原癌基因附近，可使其激活，如将Moloney 肉瘤病毒的LTR融合到c-mos,则使其具有转化培养细胞的能力。转导激活 逆转录病毒与细胞基因组重组，将原癌基因整合入病毒基因组中，使c-onc转变为v-onc而具有转化活性。如v-abl基因是 c-abl的N末端被病毒gag基因取代的产物，从而c-abl被激活,2、人类原癌基因的激活,点突变（point mutation)因重排（gene rearrangement)基因扩增（gene amplification)外基因机制（epigenetic),二、 抑癌基因 tumor suppressor gene,（一）、抑癌基因的基本概念又称抗癌基因（anti-oncogene），是指存在于正常细胞内的一大类可抑制细胞生长并具有潜在抑癌作用的基因。当该类基因发生突变其功能减弱时可引起细胞恶性转化导致肿瘤的发生抑癌基因表达产物：主要包括跨膜受体，胞质调节因子，结构蛋白，转录因子，转录调节因子，细胞周期因子，DNA损伤修复因子等,（二）、常见的抑癌基因,三、癌基因、抑癌基因与肿瘤发生,（一）癌基因恶性激活的机制,1、原癌基因点突变：（point mutation) 一般是指原癌基因单碱基替换（single base substitution),但也可以是碱基插入（base insertion)、碱基缺失(base deletion)，ras基因的点突变最常见。如正常细胞H-ras与肿瘤细胞的H-ras基因仅有一个碱基不同（GCCGTC，甘缬），导致功能改变2、原癌基因获得外源启动子 ： 往往由于逆录病毒的强启动子插入原癌基因的上游所致 如ALV引起的淋巴瘤细胞中，c-myc的表达增加上百倍,3、原癌基因甲基化程度降低而激活，属于外基因机制（epigenetic)DNA分子甲基化有稳定双螺旋结构，阻抑转录的作用。如结肠腺癌和小细胞肺癌中，c-ras基因比邻近正常组织中甲基化明显降低，导致原癌基因激活4、基因扩增（gene amplification) 原癌基因以某种不适当的方式被复制，拷贝增多，过度表达。采用细胞内微注射法证实，正常p21ras在高浓度时具有转化活性。 如HL60细胞株中c-myc有大量扩增,5、基因重排（gene rearrangement)使原癌基因激活 如慢性粒细胞白血病的 Ph染色体为 t（9；22），使c-abl从9号染色体易位到22号染色体上的bcr基因旁，组成融合基因，表达bcr-abl融合蛋白，该产物有较高的蛋白酪氨酸激酶活性。 如Buekitt 淋巴瘤的8q24与14q32的易位使c-myc与IgH重排蛋白酪氨酸激酶活性。,9 22,abl,bcr,9,22,ph,bcr/abl,图11-4-2 Ph染色体及融合基因模式图,t(9;22)(q34;q11),（二）癌基因激活与肿瘤的发生,1、肿瘤发生学说： 多阶段假说 正常细胞中含有多种原癌基因，当受到某些理化因素，生物因素等致癌因子作用后，经过启动阶段（initiating stage）、促癌阶段（promoting stage）、演进阶段（progressing stage）最终转变成癌细胞,（1）Initiating Stage： 细胞受癌性启动因子作用，DNA发生改变，成为癌前细胞，但表型正常。各种干细胞及处于分裂增殖中的细胞对启动因子更敏感（2）Promoting Stage： 在启动因子和促癌因子的协同作用下，细胞出现恶性。,启动因子：低剂量，一次接触，本身有致癌性促癌因子：需启动因子作用的基础，本身无致癌性，多次反复作用（3）Progressing Stage：为细胞恶变的巩固阶段。已经发生恶变的细胞中的少数细胞自主分裂增殖，形成新的小病灶，成为进一步浸润、转移的基础,2、某些癌基因激活与肿瘤发生,（1）ras基因变异与肿瘤发生：P21与GTP持续结合，促进细胞生长作用（2） myc基因变异与肿瘤发生：t（8；14）使myc基因与免疫球蛋白重链基因融合而导致高表达（3） neu基因变异与肿瘤发生：点突变使其获得转化活性，常作为治癌药物的靶点,（4） bcl2基因变异与肿瘤发生：t（14；18）使bcl2基因高表达，导致细胞程序化死亡失效（5） mdm2基因变异与肿瘤发生：高表达可使抑癌基因如P53，RB失活，引发恶性肿瘤,（三）抑癌基因失活与肿瘤发生,1、 Rb基因：功能失活负调控作用丧失细胞生长失控肿瘤发生 调节形式：磷酸化和脱磷酸 突变形式：主要缺失和碱基突变2 、p53基因：防止受损细胞进入细胞周期 调节形式：G1/G2期检测点 突变形式：点突变，缺失，移码，重 排,3 p16基因：P16（与cyclin D竞争）与Cdk4结合，特异抑制Cdk4活性 调接形式：调节细胞周期，抑制肿瘤细胞生长 突变形式：缺失为主，且多为纯合缺失,（四）、 肿瘤发生中的多基因协同作用,肿瘤发生的多基因协同假说： 细胞的癌变是多步骤，多重打击的复杂过程。在肿瘤发生发展的各个阶段，至少需要两个或两个以上的不同的癌相关基因异常激活或失活，才有可能引起癌变。多基因的协同规律： 核内癌基因易与胞浆癌基因发生协同作用（前者使细胞永生，后者改变细胞形态，降低对生长因子和贴壁的要求）。如myc与ras协同致癌癌基因的激活与抑癌基因的失活协同致癌,（五）癌基因、抑癌基因与肿瘤干细胞发病机制学说,肿瘤是在具有无限增殖和自我更新潜能的很少一部分细胞的驱动下发生的，这一部分恶性转化的靶细胞即是肿瘤干细胞（cancer stem cell）。白血病干细胞最重要的特性是具有自我更新能力，也即具有通过非对称性分裂生成一个白血病干细胞和一个分化的白血病细胞的能力。 癌基因、抑癌基因参与了肿瘤干细胞的转化,研究LSCs的基因表达特征，了解LSCs与正常HSC在基因表达谱有何差别。用cDNA微矩阵研究白血病原代细胞中的 CD34 CD38 细胞群体，发现AML1, AF4和EWS等基因过表达，并发现两种抑癌基因IRF-1 (interferon regulatory factor-1) 和DAPK (death associated protein kinase) 的表达上调，而在正常的CD34 CD38 细胞群体中并不出现 。,CML-CP时，bcr-abl, bcl-2和Jun B的升高使HSCs的增殖和生存潜能提高，但此时并不阻滞分化，因而HSCs仍能正常分化成各系列的成熟细胞。在CML-BC时，HSCs在由bcr-abl, bcl-2和Jun B升高所致的增殖和生存潜能提高的基础上，其GMPs被-catenin进一步转化而获得自我更新的能力，并阻滞了正常分化而成为LSCs。 在 AML中，正常的GMP先被MOZ- TIF2或 MLL-ENL转化重新获得自我更新能力，并可能再次受到第二次事件的恶性转化，如特异性染色体易位所致的 AML-ETO,PML-RARa等融合基因或 Flt3突变的作用而增强了自我更新能力，使分化通路阻滞而成为LSCs。,Stewart S. Critical Reviews in Oncology/Hematology,2004,51:1,肿瘤起源于不同分化阶段的干细胞：如果致癌因子作用于未分化的干细胞，干细胞就成为肿瘤性干细胞而形成恶性肿瘤；如果致癌因子作用于近于终末期分化而仍能合成DNA的细胞则形