《抑癌基因》PPT课件.ppt

第四章 抑癌基因 （tumor suppressor gene) 概述： n抑癌基因：在正常情况下，细胞内的 一类基因产物能抑制细胞生长并能潜 在抑制细胞癌变，当通过纯合缺失或 失活可引起恶性转化的基因群,又称为 隐性癌基因、抗癌基因或肿瘤易感基 因。 n抑癌基因的作用： n 在调控细胞生长、增殖及分化过 程中起负调控作用，并能潜在地抑制 肿瘤的生长。如果其功能失活或出现 基因缺失、突变等异常，可导致细胞 恶性转化而发生肿瘤。抑癌基因的生 物学功能与癌基因相反。 n抑癌基因理论上的三个基本条件： 1.该恶性肿瘤的相应正常组织中该基因 必须正常表达 2.该恶性肿瘤中这种基因应有功能失活 或结构改变或表达缺陷 3.将这种基因的野生型导入基因异常的 肿瘤细胞内，可部分或全部改变其恶 性表型 n抑癌基因的功能： 1、诱导终末分化 2、维持基因稳定 3、触发衰老，诱导细胞程序性死亡。 4、调节细胞生长 5、抑制蛋白酶活性 6、改变DNA甲基化酶活性 负性生长因素的信息传导 调节基因 7、调节组织相容性抗原 8、调节血管形成 9、促进细胞间联系 第一节 抑癌基因研究的历史回顾 1.细胞融合试验是抑癌基因存在的最早依据 。当正常细胞与肿瘤细胞融合形成杂交细 胞时，能抑制癌细胞的致癌性，表明正常 细胞具有抑制细胞癌变的基因成分。 2. Knudson根据对视网膜母细胞瘤的遗传学 分析，提出了肿瘤发生的“两次突变假说” 。发现肿瘤形成时，13号染色体（13q1.4） 的两个等位基因常常同时缺乏或失活，表 明这类基因具有抑制肿瘤形成作用。 3.在肿瘤细胞中常发现有等位基因的杂 合型丢失，据此以发现新的抑癌基因 但是不能把所有能抑制细胞生长作 用的因素都称为抑癌基因，如干扰素 、生长抑素等。 1989年以来，抑癌基因的分离和 鉴定已取得很大进展，发现二十多种 ，已克隆出十几种抑癌基因，目前最 受关注的是Rb,P53基因。而且新的抑 癌基因还在不断出现。 第二节 Rb基因 n Rb(retinoblastoma gene,Rb)是第一个被 克隆的抑癌基因。1971年Knudson系统地研 究了有明显显性遗传的儿童视网膜母细胞 瘤，提出了著名的肿瘤“两次突变”的假说 ，认为在有遗传倾向的病人体内所有干细 胞及体细胞都存在一种突变，在此基础的 发育过程中任一视网膜母细胞再出现第二 次突变，即可导致肿瘤发生。Rb基因是源 于父母双方的两个视网膜母细胞瘤相关的 等位基因 1988年，Huang等用逆转录病毒感 染的 方法将Rb基因导入视网膜母细胞 瘤WERI-Rb27,发现Rb基因可完全抑制 WERI-Rb27细胞在裸鼠体内的致癌性 。应用同样的方法导入前列腺癌、膀 胱癌、乳腺癌，结果Rb基因都可不同 程度地抑制癌细胞在裸鼠体内的致癌 性。这些结果为Rb基因的抗癌性提供 了直接的证据。 Rb基因可以完全抑制视网膜母细胞 瘤的致瘤性，表明Rb基因功能失活是 视网膜母细胞瘤发生的重要机制。 而Rb基因只能部分抑制前列腺癌、 膀胱癌、乳腺癌的致瘤性，说明Rb基 因失活在这些肿瘤的发生、发展中起 着一定作用，这些肿瘤的发生还存在 其他基因的改变。 一、Rb基因结构 nRb结构： 全长约200kb，含27个外显子，26个内 含子，由4757个核苷酸组成，3端有 AATAA加尾信号序列和polyA，转录产物 为4.7kb mRNA,可编码928个氨基酸组成的 蛋白质，分子量约为1.1*105，生物化学的 分离技术和免疫荧光技术研究表明，85%的 Rb蛋白质产物存在于细胞核中，约10%在 细胞膜上，在胞浆和间质中几乎没有Rb蛋 白质。 细胞分裂周期图 二、Rb蛋白的磷酸化和细胞周期 n1、Rb蛋白的磷酸化和细胞周期 Rb蛋白定位于核内，为核磷酸蛋白，具 有结合DNA特性，并有转录调节因子的功 能； Rb蛋白的功能受自身磷酸化程度的调节 ，而其磷酸化与脱磷酸化过程呈现细胞周 期依赖性，Rb的状态随着细胞周期以磷酸 化和去磷酸化而不同。在细胞周期的G1期 ，Rb蛋白为去磷酸化状态，而在G2,S,M期 为磷酸化状态。磷酸化发生在G1/S期之间 ，主要为M期。 Rb蛋白磷酸化受细胞周期调节因子cdc2、蛋 白激酶p34的调节，此外Rb蛋白与转录因子E2F 结合形成的复合物调节和控制S期的转录及复制 。在对细胞生长的调控中，Rb的非磷酸化状态是 维持细胞处在G0或G1期的活化形式，控制和抑 制细胞生长和增殖，而磷酸化的Rb蛋白将细胞由 这种控制中释放出来，使细胞进入DNA合成及有 丝分裂期。因此，非磷酸化的Rb蛋白为活化形式 ，它具有促进细胞分化，抑制生长和增殖的负调 节因子的作用。 Rb蛋白 磷酸化 失去 抑制作用 进入细胞 分裂周期 去磷酸化 +E2F 停留在 G0/G1期 S G2 M期 n2、Rb蛋白与病毒的结合作用 SV40病毒大T抗原 腺病毒5型 EIA癌蛋白 均能与磷酸化的Rb蛋白结 合形成 稳定的复合物 Rb 蛋白失活 抑制细胞正 常生长的作用丧失。 n3、 Rb基因异常与某些肿瘤发生的相关性 （1）15-40%视网膜母细胞瘤有Rb基因的缺 失，如果Rb基因缺失一个或两个拷贝 （2)有时可发生片断的部分缺失 (3) 有基因结构异常 视网膜母细胞瘤检测不到正常Rb基因的 mRNA，Rb蛋白表达水平极低下。除视网 膜母细胞瘤中发现异常外，在其他类型肿 瘤，如：成骨肉瘤、乳腺癌、小细胞肺癌 、膀胱癌、前列腺癌、鼻咽癌等中也有Rb 基因结构及表达异常。 n4、Rb基因的抗癌性有两层含义： （1）、一是在正常细胞中Rb基因具有抑制 细胞生长的作用 （2）、二是在肿瘤细胞内Rb基因具有抑制 其生长及致瘤性作用 利用Rb基因探针和抗Rb蛋白的抗体检测 正常人体组织及其相应的肿瘤组织，发现 正常人体组织Rb基因的结构及表达均正常 ，而相应的肿瘤组织中的基因常常有缺失 突变，缺乏正常的蛋白。 第三节 P53基因 P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性 最高的基因，自1979年P53基因命名以来， 人们对P53基因的认识经历了癌蛋白抗原、 癌基因到抑癌基因的多次转变。 导致细胞转化或肿瘤形成的P53是P53 基因突变的产物，是一种肿瘤促进因子， 它可以消除正常P53的功能，而野生型P53 是一种抑癌基因。人类肿瘤中约50%以上与 P53基因变化有关，仅1991-1998年6月的有 关论文就超过6000篇，P53基因也被Science 杂志评为1993年的明星分子。 n一、P53基因的结构及特点 人P53基因定位于17号染色体短臂1区3 带（17p1,3）分布于200kbDNA区段内，含 11个外显子和10个内含子。其转录产物 2.5kb mRNA。 P53基因编码393个氨基酸组成的核磷蛋 白，分子量为53*103，称P53蛋白，定位于 核内，能与DNA特异性结合，具有转录因 子的作用。 正常P53蛋白在细胞中易水解，半衰期为 20分钟，突变性P53蛋白的半衰期为1.5-7h. n二、P53蛋白的生物学功能 1、 对细胞增殖的抑制作用 P53蛋白是一个细胞周期相关蛋白，参 与细胞增殖的调节。正常细胞中P53蛋白控 制着静止期细胞从G0到G1期的转变，并且 在G1期的生长限制性位点（R point）控制 细胞进入细胞周期后的增殖。肿瘤细胞中 ，突变的P53过量表达，具有增殖正调控作 用。 野生型P53则是一个细胞生长负调控因 子，P53蛋白的磷酸化与细胞周期有关，非 磷酸化的P53蛋白为其活性形式，发挥对细 胞生长和增殖的负调节作用。 2、 P53蛋白与病毒的结合作用 3、 为DNA损伤的检查站 4、 诱导细胞分化 5、 影响细胞调亡 6、 P53基因调节细胞内基因转录 P53除可以与某些病毒癌蛋白结合外， 还可与细胞内的转录因子结合，起到活化 和调节的作用。其中最重要的两个基因为 Mdm2和P21WAF1/CIPI Mdm2基因产物与野生型P53结合阻止 P53抑制细胞增殖和诱导凋亡的功能 第四节 INK4基因家族 一、 p1基因结构和生物学特性 （一）、基因结构 位于9p21，全长8.5kb，由二个内含子和三个 外显子组成。编码CDK4抑制蛋白。 （二）、生物学特性（如下图） CDK4 + Rb蛋白 磷酸化 Rb蛋白 Rb蛋白 失活 P16蛋白 抑制 cyclin D 促 进 （三）、调控 主要受Rb 、p16、 cyclin D、 CDK的反馈 调节。 （四）、基因异常与肿瘤 、基因异常方式 （）基因缺失 （）点突变 、相关肿瘤 黑色素瘤、食管癌、肺癌、肝癌、结直肠 癌、胰腺癌、膀胱癌、卵巢癌、乳腺癌、 骨肉瘤、间皮肉瘤、淋巴造血系统肿瘤。 二、 p15基因结构和生物学特性 （一）、基因结构 全长460kb，位于9p21，编码个 AA，分子量为14.7kD的胞浆蛋白，与p16 有的序列相同，含个外显子。 （二）、生物学特性 结合CDK4 、CDK6，抑制CDK4cyclin D， CDK6 cyclin D，从而抑制细胞增殖 。 （三）、基因异常与肿瘤 、基因异常方式 （）基因缺失 （）突变 （）高甲基化 、相关肿瘤 多种实体瘤和肿瘤细胞株。如间皮瘤 、白血病、非小细胞肺癌 三、p18和p19基因 、 p18 被命名为CDKN2C, p19被命名为 CDKN2D或INK4D,均为单拷贝基因，分别定位 于定位于染色体1p32和19p13.2。 、两者在结构、功能上有许多相似之处，都具有 个锚蛋白重复序列，每个重复序列含有个 氨基酸。主要功能为特异性抑制CDK4/6的活性 、两者在许多正常组织中均有表达，具有周期依 赖性，G1中期表达最低，S期达高峰。 、p18基因突变和缺失之见于少数肿瘤，如乳腺 癌、非小细胞肺癌。P19基因在肿瘤中的突变率 更低。 第五节 CIP-KIP基因家族 一、p21基因 、基因结构 位于染色体6q21.2，为单拷贝基因 ，长85kb，含有个外显子，cDNA长 约2.1kb。编码包含164个氨基酸残基的 蛋白，分子量21kD。 、功能 （）结合p53、SP1、Myo D （）抑制多种Cyclin-CDK复合物 （）抑制细胞增殖核抗原（proliferating cell nuclear antigen,PCNA)与DNA多聚酶 结合。 （）抑制应激激活蛋白激酶（stress activated protein kinase,SAPK)的活性，使C- Jun不能磷酸化。 （）参与p53介导的细胞DNA损伤反应。 、与肿瘤的关系 与其他相关基因起协同作用，大 多数肿瘤未发现p21突变，但存在基因 的多态性改变。 二、p27基因 、基因结构 位于染色体12p13，编码含198个氨基酸 残基的多肽，分子量27kD 、功能 抑制Cyclin-CDKs和H1组蛋白酶活性； 抑制Cyclin-CDKs复合物在Thr-160磷酸化能 力。 、与肿瘤关系 基因突变罕见，但有些实验证明p27功 能异常确实与肿瘤的发生有关。 三、p57基因 、基因结构:位于染色体11p11.5，其开放读码框 948bp。编码含316个氨基酸残基的多肽，分子量 57kD。 、功能 （）抑制CDK活性 （）与G1期Cyclin-CDK复合物结合并抑制之 （）于正常组织中表达 、与肿瘤关系 认为p57基因的LOH与乳腺癌、膀胱癌、肾 癌、卵巢癌等多种肿瘤有关，但缺失率不高；结 肠癌、胰腺癌、肝癌中p57蛋白高表达。 第六节 PTEN基因 一、基因结构和生物学特性 、基因结构 位于10q23.3，由个外显子组成， 相应蛋白质包含个AA。 、生物学特性 拮抗酪氨酸激酶。 二、基因异常与肿瘤 、基因异常方式 （）基因纯合性丢失 （）突变 包括 （）甲基化 缺失突变缺失突变 错义突变错义突变 无意义突变无意义突变 mRNAmRNA剪接突变剪接突变 、相关肿瘤 胶质母细胞瘤、前列腺癌、子宫内 膜癌、肾癌、卵巢癌、乳腺癌、肺癌 、膀胱癌、甲状腺癌、头颈部鳞状细 胞癌、黑色素瘤、淋巴瘤等。 另外也与Cowden病、Bannayan- Zonana或Bannayan-Ruvalcaba综合征有 关。 第七节 FHIT基因 一、基因结构 FHIT基因位于人类染色体3p14.2 。cDNA全长约1.1kb，含个外显子 ，编码含个氨基酸的分子量为 16.8kD的蛋白质。 二、功能及与肿瘤关系 所编码的蛋白质是一典型的Ap3A 水解酶（5,5-pl,p3-triphosphate hydrolase),基因发生突变后， Ap3A水 解酶活性丧失，导致Ap3A或类似的复 合物水平升高并促进肿瘤发生。 主要异常为基因的缺失 。 与多种肿瘤发生有关。如消化道肿瘤 、呼吸道肿瘤等。 第八节 BRCA基因 一、基因结构 BRCA1基因位于染色体17q21，基因 全长100kb,含个外显子，个内 含子。 BRCA2基因位于染色体13q12 编码含个氨基酸残基的蛋白 质。 二、基因异常与肿瘤 、基因异常方式 （）等位基因杂合性缺失 （）基因突变。包括终止码突变、错 义突变、移码突变。 、与肿瘤关系 主要与乳腺癌、卵巢癌有关。 第九节 其他抑