癌基因和抑癌基因ppt课件

第十三章 癌基因和抑癌基因 本章我们讨论 1. 癌基因（细胞癌基因 . 病毒癌基因 . 原癌基因 ）和抗癌基因（抑癌 基因）的概念 2 .癌基因的分类 3 .癌基因产物 的作用 4 .癌基因激活的机理 5 .抑癌基因表达失效的机理 第一节 概 述 正常细胞转化为恶性肿瘤（tumor）细胞是一个复杂而漫长的过 程。从分子生物学角度来看，这是细胞分子生物调控机制从量变到质 变长期积累的后果。人们认为，正常细胞的原癌基因和抑癌基因以正 负信号调节细胞的增殖分化。而人癌细胞中原癌基因和抑癌基因的异 常改变失去了对细胞的调控能力，从而导致了细胞恶性转化，无控制 生长，侵袭和转移。正常细胞增生受到严格调控和制约，而肿瘤细胞 是一种恶性增生细胞。 1 一、肿瘤细胞恶性增殖特性 （一）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。 （二）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，而肿瘤细胞生长满培养皿后，细胞可 以重叠起生长。 （三） 肿瘤细胞表现出比正常细胞更低的营养要求。 （四）肿瘤细胞生长有一种自分泌作用，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。 2 二、癌基因的定义 癌基因（oncogene, onc）是细胞内控制细胞生长的 基因，在异常表达时，这些基因不受体内各种调节因素 的影响，可持续表达或过高表达，其产物可以使细胞持 续增殖。 三、病毒癌基因（virus oncogene，v-oncogene，v-onc） 是存在于病毒基因组中的癌基因，这种基因不编码 结构成分，对病毒的复制无作用，但可使细胞持续增殖 。 3 （二）病毒本身具有完整的转录启动成分，当病毒进入细胞，其结构成 分逆转录酶将病毒逆转录成cDNA，cDNA重组插入到细胞的基因组，病 毒基组可利用细胞内由各种调控蛋白进行转录和表达，病毒癌基因也随 之表达，无需特殊激活机制。 1_1_1_1_ gag pol env src 逆转录 插入 RNA cDNA 宿主细胞基因组利用宿主酶和 调控蛋白病毒癌基因表达 （一）病毒癌基因最先是在劳氏肉瘤病毒（Rous sarccma virus， RSV）中发现的 1 、 Rsv是致癌的RNA逆转录病毒（也称RNA肿瘤病毒）. 2 、RNA肿瘤病毒基因组的基本结构包含了3个基因区，除此之外，还 有第四个基因：Src 病毒癌基因不 编码结构成分，对病毒的 复制亦无作 用 但可使细胞增殖。 3 、不同肿瘤病毒的 v-onc是不同的，但共同特点是可以使细胞增殖。 4、不同肿瘤病毒的深入研究 ,不仅对病毒致癌机制有了较深入的了解， 更重要的是促使人们发现了细胞癌基因，为探索肿瘤发生根本原因及肿 瘤发生机制研究开创了新纪元 4 四、细胞癌基因 近年来，利用重组DNA和核酸探针技术，证实了在 正常真核细胞基因组，包括人的正常有与v-onc同源顺序 的基因，其功能是控制细胞生长，这就是细胞癌基因。 细胞癌基因（cellular oncogene ,c-onc）是在正常的 真核细胞基因组中存在的有与v-onc 同源序列的基因，其 功能是控制细胞生长。这就是细胞癌基因。 （一）细胞癌基因在进化过程中是高度保守的，很多c- onc见于节肢动物（如果蝇），甚至见于酵母。 （二）c-onc是生命活动的基础，与细胞增殖分化密切相 关，其表达与个体发育有关，受到严格程序调控，但并 不具有致癌性。 5 （三） c-onc也称为原癌基因（proto-oncgene）有两 层含义： 1.原癌基因是不发挥致癌作用的c-onc，正常情 况是与细胞增殖有关的基因。 2. v-onc来源于原癌基因，目前所知v-onc，在哺 乳动物都可以找到与之相对应的c-onc，具有相似的 核苷酸序列，编码结构和功能相似的产物，反之则 不然，目前发现几种c-onc没有相应的 v-onc。另一 方面，细胞具有c-onc，但没有与之相关的癌基因成 分。现在一般认为v-onc源于c-onc，是病毒基因组与 细胞基因组发生重组而形成的。 6 第二节 癌基因的分类 目前对癌基因尚无统一分类的方法，一般有下面3种 分类方法： 一、 按结构特点分（6）类 （一）src 癌基因家族 （二）ras 癌基因家族 （三）sis 癌基因家族 （四）myc 癌基因家族 （五）myb 癌基因家族 （六）其它：如fos，erbA等。 7 二、 按产物功能分（8）类 （一）生长因子类 （二）酪氨酸蛋白激酶 （三）膜相关G蛋白 （四）受体， 无蛋白激酶活性 （五）胞质丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶 （六）胞质调控因子 （七）核反式调控因子 （八）其它: db1 、bcl2 三、按细胞增殖调控蛋白特性分成（4）类 （一）生长因子 （二）受体类（三）细胞内信 号转换器（四）细胞核因子 8 第三节 癌基因产物的作用 一、癌基因产物作用的一般特点 （一）目前发现c-onc都是单拷贝基因，且均为结构基因. （二）癌基因产物可分布在膜质核也可分泌至胞外. 癌基因产物生成后，往往需要经过修饰，加工方能获得与其细胞成 分的亲和特性，其对细胞增殖分化一般是增强作用. （三）研究较多的猴肉瘤病毒（simian sarccma virus，SSV ）v-sis 二、癌基因产物本身是生长因子 人的c-sis位于22号染色体，编码产物P28sis氨基酸顺序与PDGF （血小板生长因子）的B 链相似，P28sisBB二聚体化，就有刺激生长 活性（它结合并激活纤维母细胞PDGF受体，刺激DNA合成）（ PDGF 是杂二聚体，也有 A-A/B-B同源二聚体) 单抗可以封闭PDGF，P28sisDNA合成 刺激生长活性 癌基因编码产物（结构）与生长因子不一样，但可发挥一样的 刺激作用，并且是持续的刺激. 9 三、癌基因产物作用于细胞信号转导系统, 加强信号转导作用 生物信号是怎样从胞外传至胞内的？即生物信息的跨膜传递机制如何？ 这一直是细胞生物学的研究热点和前沿课题。 胞外信号 作用于 膜表面受体胞内信使物质的生成便意味着胞外信号 跨膜传递的完成。胞内信使至少有：cAMP（环磷酸腺苷）IP3（三磷酸肌醇 ）PG （前列腺素）cGMP（环磷酸鸟苷）DG（二酰基甘油）Ca2（钙离子 ）CAM（钙调素）它们是如何激发细胞内一系列复杂反应的其主要机制是 通过蛋白激酶活化引起底物蛋白一连串磷酸化的生物信号反应过程, 跨膜机 制涉及到： （一）质膜上cAMP信使系统 （二）质膜上肌醇脂质系统 这两个系统都是由受体鸟苷酸调节蛋白（GTP-regulatory protein，G蛋 白）和效应酶（腺苷酸环化酶磷脂酶等）组成，有相似的信号 转导过程：即 受体活化后引起GTP与不同G蛋白结合活化和抑制效应酶从而影响胞内信使 产生而发生不同的调控效应。 （三）受体操纵的离子通道系统 （四）受体酪氨酸蛋白激酶的转导 （五）受体 内部化 的信息传导途径 与本章关系密切的 是（二）肌醇脂质系统（四）Tyr激酶自身转导 10 1、受体型酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase Tyr-pk） 是蛋白激酶的一种，能特异催化由ATP向蛋白质或多肽底物Tyr残基转移 磷酸基团而命名，该酶一般性质是： （1）只能特异地使Tyr残基磷酸化； （ 2）反应需要Mn2存在和ATP 掺入； （3）癌基因产物蛋白激酶均能使其催化区的同源Tyr残基磷酸化，即自我磷酸 化； （4） 除生长因子外，目前尚未发现Tyr-pk活性受任何因子的直接影响，它既 不受c-AMP/cGMP，也不依赖Ca2 、磷脂钙调素蛋白。在分布上，Tyr-pk不 能作为1个独立物质分泌于胞外，而是与生长因子受体，癌基因产物相伴，或 在胞核或在胞浆，以可溶形式出现，而质膜则与Tyr-pk有密切联系。 Tyr残基磷酸化可能与淋巴因子刺激，发育分化及致癌病毒诱导的肿瘤过 程有关。（所有动物含少量Tyr残基，量处于平衡，说明体内有Tyr-pk，还有 水解磷酸酪氨酸酶存在） EGF与受体结合有TPK（Tyr-pk）活性（EGF-R）erb-B2癌基因与EGF-R 的膜内分布有82%同源（互补性）缺少膜外部分（图14-1，P302）其产物是 TPK 使Tyr磷酸化开启信号转导膜开关erb-B2和v- erb-B同源性非常高，在（ 唾液，胃）腺癌，乳腺癌该onc检出率高，表明erb-B2可导致上述细胞恶变。 11 2 、非受体型酪氨酸蛋白激酶 研究的较早的是src，其产物为P60-src与P60csrc比较，P60v-src分布 广泛作用底物更多使许多蛋白质磷酸化导致： 代谢加快如糖酵解产物 Tyr磷酸化水平 本身具有肌醇磷脂激酶作用，使PI磷酸化，致DG和IP3的前体物和 PIP2 增加 体外实验 用E26-myb（白血病毒）Ok10V-myc（白血病毒） 鸡骨髓 细胞；但被有Src基因逆转录病毒超感染后，可以不依赖cMGF（ myelomonaytic growth factor，骨髓单核细胞生长因子）使该细胞持续 增殖。 肌醇脂质（inositol lipids）是肌酸磷脂（inositol phosphol lipids） 和肌酸磷酸脂（inasphates）的总称。肌醇磷酸脂存在于胞浆，肌醇磷 酯是生物磷脂的组分，共同特征是含有肌醇（myoincsitol）。哺乳动物 膜含有磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）磷脂酰肌酸-4-磷酸 （PI（4）P或PIP）磷脂酰肌醇4，5二磷酸（PIP2），IP3特指肌 醇1，4，5三磷酸，是环己六醇与磷酸戊酯即为肌酸磷酸酯和DG(二酰 基甘油）具有第二信使的作用。 转化 cMGF 12 3、GTP和GDP结合蛋白 G蛋白（全称GTP结合蛋白或GTP结合调节蛋白)是广 泛存在于各种组织的细胞膜上，在受体与效应酶之间起主 要的调节作用，是G蛋白偶联受体与效应酶（或离子通道 ）之间中介物质，是一种酶（P187）。 Ras蛋白是 G蛋白家族的新成员 P21ras有GTP酶活性，可以结合水解GTPGDP 、 EGF-R可刺激P21ras的GTP结合活性。 异常情况下，P21ras（如ras点突变激活）水解GTP能力 结合GTP能力持续处于激活状态使磷脂酶C水解， PIP2IP3+DG，持续增高，导致细胞激活。（P21ras水 解GTPGDP，本身失活，也解除对磷脂酶的作用） 13 四、核反式调控因子影响基因表达调控 反式调控因子（trans-acting factor） 是蛋白质，是基因产物， 是含大量，序列特异性的（DNA）结合蛋白，可与RNApol相互作 用，影响基因表达的调控。顺式调控元件（cis-acting element）是 核酸，是DNA，是那些对结构，基因表达有调控作用的序列如启， 序列如启 动子和增强子。核酸。 基因表达调控从化学本质来说是核酸 蛋白质 相互作用来完 成的。癌基因产物是核反式调控因子，且基因本质上是调控因子， 癌基因编码反式作用因子引起细胞转化机制不清楚，如新近发现： 47KDC-myc与 异二聚体促进细胞DNA合成 max蛋白配对 若c-myc持续过高表达，则使细胞增殖，分化 14 五、癌基因产物的协同作用 实验证明，用ras或myc同时转染细胞，可使细胞长 期增殖，但不能转化成癌细胞 ，在裸鼠体内也不能形成 肿瘤。但用ras+myc同时转染细胞，则使细胞转化成癌细 胞。 说明：致癌至少需要2种或以上的onc协同作用，2种 onc在2条通路上发挥作用，由于细胞增殖调控是多因子 ，多阶段影响的结果。而影响增殖分化的onc 达几十种之 多，所以大多数人认为：癌发生是多阶段多步骤的。 15 第四节 癌基因的激活 癌基因不表达表达 受控制不受控制 不致癌致癌 称癌基因激活（恶性激活） （maligant activation ） 机理如下： 16 一、前病毒插入 前病毒 整合到宿主染色体中去的病毒DNA（不管是源于DNA 还是RNA病毒）称之为前病毒。这段DNA可随宿主DNA一起复制传 给子细胞。 1、转录激活 1987年Hayward和Astrin等同时发现鸡蛋白血病毒（avian cell kemia virus ALV）感染细胞后，可以激活细胞c-myc原癌基因，诱发 鸡B细胞淋巴瘤。 5 ALV1 1 c-myc 3 ALV本身没有转化基因，即v-onc，但其病毒两端LTR（长末端 重复序列long terminal repeat sequence ，即反向倒转重复顺序，如 ACTGA-TGAGT/TGACT-AGTCA 的启动子启动c-myc的转录，该 启动子不受细胞的调控，持续转录，导致细胞癌变。 LTR的增强子可以强化启动子的这一作用。 另外可促进c-myc本身的启动子发挥作用 带有v-onc的病毒插入基因组后，也可归于这一类。 17 2、翻译激活 实验证明，翻译效率与起始密码前的5-非编码区的AUG有关， 该AUG称5-AUG，去掉5-AUG，翻译效率就提高。（例如， 1988Marth JD发现的病毒引起的LCK原癌基因的激活就属此例。 LCR编码TPK ，P56lck。） 在LAStRA淋巴瘤细胞中，由于lck编码的TPK （酪氨酸蛋白激 酶LCR）的激活而导致白血病的发生。 酶激活的原因是： 前病毒Mo-MLV（moloney 小鼠白血病病毒）插入使宿主基因 发生了重排，重排LCK基因的转录本（transcript）起始于前病毒 LTR，使LAStRA的LCKmRNA转录提高了7倍，翻译产物提高了50 多倍。 宿主因此失去了（正常LCKmRNA5非编码区的）177bp，取而 代之的是病毒LTR240bp 18 正常的LCK mRNA 的起始密码（AUG）前有3个5AUG 5 LCK AUG AUG AUG AUG 3 点突变使第2个AUG变为CUG，翻译效率增加3-4倍 使5端138bp核苷酸颠倒而 清除3个AUG翻译效率增加7倍 缺失138bp核苷酸序列而消除3个AUG，翻译效率增加9-10倍。 正常情况下，含5-AUG的基因在哺乳类基因中仅占10%，而 在原癌基因中表达65%，可见原癌基因受到严密的调控，这是一种 调控机制。 trsanscript(转录本)-每一个基因都有特定的阅读框，阅读框规 定了那3个核苷酸成为1组读做1个密码子，这是由起始密码子AUG 决定的，阅读从第一个字母开始到最后一个字母结束，阅读方向 53，翻译方向是NC，这样才能合成一个正常的多肽。（ RNApol 作用的起始位与终止点之间的DNA顺序（称转录单位）的 产物，即mRNA）。 19 二 、癌基因突变 1. 突变使原癌基因产物激活 前面提到（ras的）P21ras是G蛋白家族新成员，可以 结合水的GTP，有GTP酶活性。 但当c-ras第12，13，59，61位密码子中任何1个发生 突变时，P21ras 可以结合靶分子，但GTP酶活性降低了10倍左右，与 正常P21蛋白比较，GTP酶活性低1000 倍左右。突变后 P21ras不能迅速水解GTP-GDP，持续保持对磷脂酶C的刺 激使第二信使DG，IP3持续 细胞持续增殖，导致肿 瘤发生。 20 2. 突变或缺失使原癌基因产物功能改变 正常情况下，c-src蛋白的Tyr527被磷酸化并以 头尾自身缔结折叠到其同源（互补）结构的SH-2区， 使TPK隐匿，TPK活性下降若：Tyr527脱磷酸或被 其它激活SH-2区隐形结合则src蛋白SH-2区结合 激酶TPK暴露使多种底物Tyr磷酸化，其中包括细 胞信号转导中重要的酶和调节蛋白被活化信息分子 细胞增生转化。 21 三、 染色体易位与基因重排 染色体易位染色体一部分跑到（易位）另一染色体上 去了 基因重排DNA分子一部分断链，新的部位重接，然后 基因发生重新排列组合的过程。（按照达尔文进化观点，没有 突变，没有变异，没有易位和重排，就没有进化，进化对于个 体是不幸的，导致癌症和分子病。染色体85%不活跃，15%活 跃）。 染色体易位往往导致基因重排对原癌基因导致两种后果： 表达融合蛋白易位使1个原癌基因与1个基因重排在 一起，产生1个融合基因，表达1个融合蛋白，这个蛋白具有转 化活性 原癌基因异常异位表达将原癌基因置于另一个旺盛 表达基因的控制之下，就会使之异常异位表达 22 （一）易位基因融合导致原癌基因产物功能激活 如CML存在染色体易位和基因融合 易位 t9。22： c-sis 断裂点 bcr 断裂点 c-abl 融合 c-sis 9 c-abl22 9 22 ph染色体 融合：“ bcr-ab1”融合，融合基因有原癌基因c-abl。 原癌基因产物功能的激活 c-abl是TPK类的癌基因，非受体型，体外实验表明该基因 编码的产物不具有激酶活性，而“bcr+c-abl”产生的P210 bcr+abl 具有较高的TPK活性。 Ph（philadelphia）染色体，在费城首次发现的。 23 （二）染色体易位导致原癌基因的转录激活 大家知道抗体是人类在分子水平上抵抗外来侵袭的 一种重要物质 人可以产生106-108个免疫球蛋白（Ig） 而人的基因只有2.8104个为什么能产生106Ig？用一 般的蛋白质合成理论不能解释，现有3个理论认为： （胚系）基因重排（成为功能基因）； 不精确剪切导致Ig多态性； 基因（主要是V区）突变导致抗体多样性； 24 与我们今天有关的内容是。 免疫球蛋白（Ig） 由轻重链组成，在形成Ig的多态性上，重链 所起的作用更大，重链由4个不连续的基因簇组成： VH可变区DH多变区JH：结合区CH恒定区 重链基因于14q32（14染色体长臂3区2带），所谓类型转换区， 是B细胞在分化过程中，Ig分子会发生类型转换，是经过重排结合的 VHDHJH与C和Cg的CH基因重排的过程。 在C、Cr3、Cr1、Cr2b、Cr2a、C、C的5约1-4kb处有一段 特殊的顺序，叫做转换区（switch region）相应转换区为S、S r3、。 。S。（S长2-3kb，具有（GAGCT）nGGGGGTm特殊 重复顺序n可以是1-7，常见是3，m约为150。重链的类型转换也叫S-S 重组，其机制不清楚。） c-myc位于8号染色体上，易位至14号染色体上，表达增加，原因 是可能是移至1个非常活动的基因位置（Ig基因）被激活。激活机制参 p309，3种可能（自学）。 易位c-myc基因重排参p309 图14-5。 25 四、癌基因扩增 一般癌基因多为单拷贝（copy，单拷贝，即1份）基因。 （拷贝数（copy number 细胞所含的按每一基因组计算的某 种质粒或基因的数目） 癌基因扩增导致癌基因过度表达，原因是： （一）转录过程 （二）基因拷贝数增加如：人早幼粒白血病HL-60细胞 比相应的细胞c-myc多20多倍，已发现许多癌细胞中有癌基因 扩增，结果导致癌基因过剩。 癌基因扩增常伴有染色体易位。 26 第五节 抑癌基因 一、抑癌基因的定义 抗癌基因（antioncogene）是最初的叫法，大约可以追溯到 1985 年左右，现多称为抑癌基因（tumor suppressor gene）， 这是一类可 抑制细胞生长并有潜在抑癌作用的基因，当它失活 后，可能使癌基因充分发挥作用而导致癌的发生发展。 如果要确定某一特定组织或细胞恶性肿瘤的抗癌基因，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； 导入该基因缺陷的恶性肿瘤细胞中将部分或全部抑制恶 性