课件：癌基因概述.ppt

研究生讲义,肿瘤相关基因 Tumor-associated genes Department of histology and embryology ZHU Xiaoyan ,Tumor（肿瘤） Benign tumor Malignant tumor Cancer （癌症） Carcinoma（癌） Sarcoma（肉瘤） Oncology（肿瘤学）,恶性肿瘤流行病学 中国（1990-1992）与美国（1987-1991）恶性肿瘤调整死亡率（1/10万）比较,中国 美国 男 女 男 女 恶性肿瘤 122.35 67.61 220.2 141.1 胃 30.78 14.52 7.0 3.1 肝 25.73 9.55 3.5 1.5 肺 21.68 9.03 74.9 30.5 食道 20.22 10.32 6.0 1.5 结直肠与肛门 5.09 3.74 23.6 16.0 白血病 3.86 3.16 8.3 4.9 子宫颈 3.16 3.0 乳腺 0.04 2.93 0.2 27.2 脑 2.01 1.48 5.0 3.4 鼻咽 1.60 0.76 胰腺 1.52 1.08 10.0 7.2 前列腺 0.58 25.6 卵巢 0.39 7.8 黑色素瘤 0.31 0.07 3.1 1.5,致癌因素 （一）化学致癌物质 （二）物理致癌因素 （三）生物致癌因素 （四）遗传因素,正常细胞,正调节信号 （如 oncogene） 促进细胞增殖,负调节信号 （如anti-oncogene） 抑制增殖，促进分 化、 成熟和衰老,肿瘤细胞,正常细胞为什么会转化成肿瘤细胞？,肿瘤细胞,正常细胞,基因异常,外源性因素,内源性因素,化学因素,物理因素,致瘤病毒,霉菌毒素,遗传因素,肿瘤细胞的起源 1、来源于组织细胞重新失去分化而变为幼稚细胞。 2、来源于组织内已存在的干细胞。,肿瘤发生学说 1、启动阶段（initiating stage） 在启动因子的作用下， 细胞发生癌前期改变的阶段（即DNA发生改变，但细胞表型仍属正常）。 启动因子是一类在启动阶段使细胞发生癌前期改变的因素。,2、促癌阶段(promoting stage) 在启动因子和促癌因子协同作用下，使癌前细胞转变为癌细胞的阶段。细胞的表型改变，表现出癌细胞的多种恶性表型。 促癌因子是一类在启动因子作用的基础上，使癌前细胞转变为癌细胞的因素。其本身无致癌作用。,启动因子 促癌因子 1。具有致癌作用，属致癌剂 无直接致癌作用，是辅助致癌剂， 有些具有启动和促进双重作用 仅具有促进作用，无启动作用 2。其作用不可逆，可累积 其作用可逆，无累积性 3。有时仅作用一次即可 一般需多次作用才有明显效果 4。多引起细胞DNA改变 一般不引起细胞DNA改变 5。与DNA等大分子共价键结合 多为非共价键结合,3、演进阶段(progressing stage) 癌变细胞进一步发展为自主分裂增殖细胞并在促癌阶段所形成的增生病灶内形成癌病灶的阶段。,是核酸分子中贮藏遗传信息的遗传单位。,编码有生物学功能的多肽或RNA序列的核酸序列（一般是DNA序列），包括DNA编码区和多种调节“元件”。,肿瘤是一种基因疾病,证据： 1、当肿瘤细胞分裂时，产生的两个子细胞都是肿瘤细胞。 2、化学致癌物质正是引起DNA损伤的物质。 3、癌基因转染正常细胞可转变为肿瘤细胞。 说明：遗传信息的变化是肿瘤发生的原因。,肿瘤相关基因,与肿瘤发生和发展密切相关的基因称为肿瘤相关基因，主要有： 癌基因 抑癌基因 肿瘤转移基因 肿瘤转移抑制基因 肿瘤细胞耐药基因 肿瘤血管生长基因 肿瘤血管生长抑制基因,第一节癌基因,一.癌基因的概念 二、癌基因的命名 三、癌基因的分类 四、癌基因的激活机制 五、癌基因的检测方法,20世纪80年代证实癌基因,癌基因研究的历史,18世纪 环境致癌,20世纪初 遗传因素,在反转录病毒,20世纪70年代发现癌基因,癌基因成为肿瘤基础研究中最活跃的领域之一,癌基因,人膀胱癌细胞,1911年， Reyton Rous 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,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,病 毒 癌 基 因 致 癌 机 制,癌基因 oncogene,概念：是细胞内控制细胞生长的基因，具有潜在的诱导细胞恶性转化的特性。癌基因异常表达时，其产物可使细胞无限制分裂 癌基因包括病毒癌基因(v-onc)和细胞癌基因(cellular oncogene，c-onc),病毒癌基因 virus oncogene,最初是在Rous肉瘤病毒（为一种逆转录病毒）中发现的。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。 受到外界刺激如辐射，化学致癌剂的影响时，就会产生转化作用 病毒核酸片段即病毒携带的转化基因称为癌基因,细胞癌基因和原癌基因,与病毒癌基因具有同源性而存在于正常细胞中的核酸片段称为细胞癌基因（cell oncogene）。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。 将正常细胞内未被激活的癌基因称为原癌基因（proto-oncogene）,细胞癌基因的特点 广泛存在于生物界中； 基因序列高度保守； 作用通过其产物蛋白质来体现； 被激活后，形成癌性的细胞转化基因。,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.c-src:60KD,C-ras:21KD 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,致转化性质的迥异.H-ras:3/189;k-ras:7/189.,二、癌基因的命名,通常根据逆转录病毒株及其转化细胞来命名，以三个斜体小写字母表示，如： src avian Rous sarcoma virus（鸡Rous肉瘤病毒） erb avian erythroblastosis virus（鸡成红细胞增多症病毒） sis simian sarcoma virus（猴肉瘤病毒）,三、癌基因分类 及功能 （一）表达产物为生长因子类的癌基因：,癌基因 染色体位置 表达产物 c-sis 22q12-13 PDGF-B类 hst-1 11q13.3 FGF类 int-2 11q13.3 FGF类,目前已知与恶性肿瘤发生有关的生长因子 血小板源生长因子（PDGF） 成纤维细胞生长因子（FGF） 表皮生长因子（EGF） 转化生长因子-2（TGF-2） 类胰岛素生长因子-1（IGF-1）,生长因子作用模式,内分泌 旁分泌 自分泌,生长因子受体,膜受体 胞内受体,（二）表达产物为生长因子受体的癌基因,癌基因 染色体位置 表达产物 c-erbB-1 7pter-7q22 TPK,EGF受体 erbB-2(neu) 17q21 TPK,EGF受体 c-ros 6q22 TPK,EGF受体 c-trk(oncD) 1q25-31 TPK,EGF受体 c-met 7q21-31 TPK,EGF受体 c-fms 5q33-34 TPK,CSF-1受体 c-kit 4q11-13 TPK,CSF-1受体,生长因子（膜）受体结构的特点,膜外区 生长因子特异结合部位,跨膜区,胞内区 具有TPK活性,生长因子（膜）受体作用机理,生长因子与膜受体胞外结构域特异结合,受体二聚化,受体胞内结构域显现TPK活性,特定蛋白的酪氨酸残基磷酸化,生物效应,NH2,NH2,COOH,COOH,细胞外配体 结合结构域,跨膜结构域,细胞内 TPK结构域,erbB原癌基因产物,erbB癌基因产物,erbB原癌基因与癌基因蛋白产物比较,细胞膜,v-erbB蛋白由于缺少了配基结 合域，无需与EGF结合就可形成二 聚体，表现为EGF受体酪氨酸蛋白 激酶的持续活性，刺激细胞的增值。,（三）表达产物为非受体酪氨酸蛋白激酶类的癌基因,癌基因 染色体位置 表达产物 c-src 20q12-13 TPK c-yes 18q21.3 TPK c-fgr 1q34-36 TPK c-abl 9q34 TPK,src蛋白家族的特点 1、借N-端结合在质膜内表面 2、分子中的特殊结构： （1）N-端的SH（src homology region）3结构、SH2结构 （2）酪氨酸蛋白激酶活性区 该区域有两个酪氨酸残基起调节其激酶活性，416位的酪氨酸残基磷酸化可增强其激酶活性和细胞转化能力，527位酪氨酸残基磷酸化则可抑制其激酶活性。 （3）C-结尾区,src蛋白的作用机理,生长因子 与受体结合,受体 二聚化,受体显现TPK活 性并自身磷酸化,二聚化受体的磷酸酪氨酸残基与src蛋白SH2结构结合，同时使src蛋白416位酪氨酸残基磷酸化，激活其激酶活性,src蛋白通过SH3结构与胞内 蛋白结合，并使他们磷酸化,磷酸化PLCr的Tyr残基，激活PLCr 激活ras-GAP,调节ras信号转导 磷酸化IP3 与GRB2结合，调节ras信号转导,（四）表达产物为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类的癌基因,癌基因 染色体位置 表达产物 c-raf-1 3p24-25 S/T.PK A-raf Xp21-q11 S/T.PK B-raf S/T.PK c-mos 8q11(22) S/T.PK,raf蛋白家族结构 （1）N-端调控区 （2）S/T-PK区（中间） （3）C-序列,raf蛋白的作用,raf蛋白,ras蛋白,细胞周期素D1 fos蛋白,细胞增殖,（五）表达产物为GTP结合蛋白类的癌基因,癌基因 染色体位置 表达产物 c-H-ras 11p15.5 GTPase c-K-ras 12p12.1 GTPase c-N-ras 1p22 GTPase,Ras蛋白（P21）的作用机理,生长因子 （EGF、PDGF等 ）,受体TPK,P21,IL-2、IL-3、IL-5,非受体TPK,Raf蛋白,细胞周期素D1 fos蛋白,细胞增殖,（六）表达产物为核内转录因子类的癌基因,癌基因 染色体位置 表达产物 c-myc 8q24 DNA结合蛋白 N-myc 2p23-24 DNA结合蛋白 L-myc 1p32 DNA结合蛋白 c-myb 6q22 DNA结合蛋白 c-ets-1 11q23-24 c-ets-2 21q22.3 c-fos 14q21-24,癌基因分类 及表达产物 1、src家族：src abl fes fgr fps fym lck kck lyn ros tkl yes 。 产物：膜结合的Tyr蛋白激酶。,2、ras家族：有三种成员，即H-ras K-ras N-ras。 产物：P21蛋白（即分子量21kD)，也称Ras蛋白或P21ras。P21属G蛋白类。 3、myc家族：c-myc M-myc L-myc fos。 产物：核内转录因子。,4、sis家族：只有sis 一员。 产物：P28。P28与DPGF同源，属生长因子类。 5 、erb家族：erbA erbB fms trk。 产物：细胞骨架蛋白类。 6 、myb家族：myb 和 myb-ets两个成员。 产物：核内转录因子。,必要条件： 1与细胞生长有关 可促进生长 2潜在致癌性 特定条件下： 原癌基因Proto-Oncogene 化学致癌物、病毒、放射线等 突变Mutation “激活”Activation 重排Rearrangement 过量表达Over-expression 癌基因Oncogene 扩增Amplification 3个体生长、发育所必需 “看家基因”House Keeper Genes 进化上高度保守性 4仅在特定组织中具有潜在的致癌性 促进生长的功能,二、癌基因激活与肿瘤发生,原癌基因激活的机制 （一）点突变； c-Ha-ras 35位碱基不同，正常细胞编码甘氨酸，肿瘤细胞编码缬氨酸。 （二）获得外源启动子、增强子，转录增强，表达活性增强。如获得前病毒LTR(长末端重复序列)；获得上游远端的增强子。 （三）原癌基因因甲基化程度降低 （四）原癌基因扩增（c-myc） （五）染色体易位(基因易位或重排),(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（splicing site）而改变蛋白质的结构和功能。,三、癌基因活化的机制,正常细胞H-ras 基因碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT GTG 肿瘤H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GTC GGT GTG 正常细胞p21蛋白的 氨基酸序列 Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Gly Ala Val 肿瘤H-ras编码p21 Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Val Ala Val 蛋白氨基酸序列 图. H-ras基因的点突变,1点突变Point mutation 典型实例ras癌基因：p21 ras密码子12，61是突变“热点”。 膀胱癌、肺癌、乳腺癌和神经母细胞瘤 甲状腺癌RET基因突变,RET mutation 综合症,（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(long terminal repeated sequence, 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。,2控制元件插入Controling element insertion,逆转录病毒感染细胞后，病毒DNA插入宿主细胞染色体DNA（插入突变）,（三）原癌基因因甲基化程度降低,DNA分子中的甲基化（methylation）对于保持 双螺旋结构的稳定，阻抑基因的转录具有重要作用。 结肠癌和小细胞肺癌c-ras基因,（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。 如c-myc在人类急性粒细胞白血病HL60细胞株,4基因扩增 染色体一定区域DNA的许多次复制造成大量拷贝 (1) 均匀染色区(Homogeneously staining region, HSR)：被复制的DNA 串联排列在染色体的同一位置。 (2) 双微染色体(Double minute chromosomes)：被复制的DNA呈细小 成对的染色体样结构。 在人的各种神经系统肿瘤的HSRs和双微体均发现N-myc基因。,（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。,5染色体移位Chromosomal translocation 不同染色体的一部分合并，造成基因重排、表达增加。 Burkitt淋巴瘤：chromosome 8q(c-myc) 14.2.22 c-myc 活化 慢性髓细胞性白血病(CML)：chromosome 9大部位(c-abl) chromosom22一段，c-abl基因活化,癌基因及其产物的检测方法 检测癌基因及其产物的标本可以是实体瘤和体液，前者需要提取DNA或RNA进行检 测，或经过组织切片以免疫组化方法检测基因表达产物，或者采用血尿标本，用 ELISA等法检测癌基因蛋白，几种主要检测方法介绍如下.,(一)Southern杂交法 (二)原位杂交 (三)酶联免疫吸附试验 (四)免疫组化染色 （五)PCR技术 (六)PCR相关技术,（二）癌基因与肿瘤发生 1、ras基因变异与肿瘤发生 常见变异：12、13、61位密码子点突变。 变异Ras蛋白的作用：水解GTP能力降低，促进细胞生长。 相关肿瘤：结肠和直肠癌。,2、myc基因变异与肿瘤发生 常见变异：8号染色体与14号染色体与 易位;基因扩增。 常见相关肿瘤：Burkitt淋巴瘤，小细胞 肺癌等。 功能：在细胞生长调控中具有重要作用。Myc- Max 二聚体，起到转录因子。,3、neu基因变异与肿瘤发生 常见变异：点突变；基因扩增；过表达。 常见相关肿瘤：多种。 4、bcl-2基因与肿瘤发生 常见变异：易位。14q,18q 常见相关肿瘤：结节非霍奇金淋巴瘤。 功能：抑制细胞程序化死（PCD）,5、mdm2基因变异与肿瘤发生 常见变异：高表达。 常见相关肿瘤：多种。 功能：1、表达产物为491氨基酸的具 有锌指结构的蛋白质。 2、可与P53和RB蛋白结合而使 其失去功能。,第二节 抑癌基因,一、概念 抑癌基因（tumor suppressor gene）又称为抗癌基因（antioncogene）是一类在正常情况下对细胞增殖有负调控作用，而在两个等位基因都缺失或失活时可促进肿瘤形成的基因。,细胞杂交试验,基因名称,RB p53 APC BRCA DCC P16 NF1 PTEN VHL,13q14 17p13 5q21 17q21 18q21.3 9p21 17q11 10q23.3 3P25,染色体定位,二、常见的抑癌基因,相关肿瘤,视网膜细胞瘤 细胞核 结肠癌 乳腺癌、皮肤癌 结、直肠癌 多种肿瘤 神经纤维瘤病 胶质母细胞瘤 肾癌、嗜铬细胞瘤,（三）抑癌基因表达的产物 1、跨膜受体 2、胞质调节因子或结构蛋白 3、转录因子和转录调节因子 4、细胞周期因子 5、DNA损伤修复因子 6、其他功能蛋白,三、