疾病与人类健康.ppt

2019/7/21,1,疾病与人类健康,现代科学认为，疾病的发生直接或间接与基因有关,人类疾病都是：“基因病”,经典单基因病,多基因病,获得性基因病,经典单基因病：主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因，如：地中海贫血、白化病 多基因病：涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用，如：高血压、糖尿病 获得性基因病：主要是由病源微生物感染引起的传染病，如肝炎、艾滋病,1 肿瘤与癌症 2 人免疫缺损病毒HIV 3 乙型肝炎病毒HBV（自学） 4 基因治疗,Contents,一、 肿瘤与癌症,癌（ cancer）是一群不受生长调控而繁殖的细胞，也称恶性肿瘤。癌是由肿瘤细胞经过一系列突变转化而来的。 已证明细胞癌变的分子基础是基因突变，DNA的变化和不正常活动导致了细胞癌变。,肿瘤组织示意图,（一）癌基因,癌基因的分类,病毒癌基因 ： (virus oncogene, v-onc) DNA病毒、 RNA病毒（反转录病毒） 细胞转化基因：(cellular-oncogene, c-onc),1. 反转录病毒致癌基因,Rous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒RSV），研究证明它是一种反转录病毒（单链RNA， 6-9kb ），在接种给鸡后诱发肉瘤 。,1966年，85岁的劳斯获得诺贝尔奖。,1.1反转录病毒颗粒结构,反转录基因结构示意图,鞘蛋白,反转录酶,外壳蛋白,1.2反转录病毒的复制,整合的反转录病毒DNA分子称为原病毒（provirus）,它能指导病毒m RNA 的合成，并利用宿主细胞中的蛋白质合成机器，翻译生成病毒外壳蛋白等，最后组装成病毒颗粒。 已经在各种反转录病毒中发现了许多致癌基因，它们感染后诱导宿主产生肿瘤的主要原因是激活特定基因表达；破坏宿主细胞本身固有的平衡，导致细胞发生转化。,1.2.1类型 根据反转录病毒转化细胞的能力，将其分为两大类： 急性转化型 非急性转化型,很短时间内出现瘤；癌基因位于病毒基因族内部具有体外细胞转化能力,劳斯氏肉瘤病毒基因结构及c-src原癌基因的转变,1.2.2 v-onc 基因的起源表1,断裂基因,完整的没有断裂的可读框,部分c-onc和v-onc基因编码区比较,目前致癌基因已多达100个，主要是ras和myc基因家族。,上表皮癌的发生过程示意图,肿瘤细胞中，生长控制点不起作用，一直处于细胞周期循环之中。,2. 细胞转化基因,细胞转化基因实质上就是由一类原癌基因突变而来 。当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化，形成了致癌性的细胞转化基因，从而使正常细胞转化为肿瘤细胞。P344,原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。 当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。,2.1 原癌基因,2.1.1 原癌基因的特点: 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； 正常情况下表达水平很低; 被激活后，形成致癌性的细胞转化基因。,2.1.2 原癌基因的分类：,2.1.2.1 根据原癌基因产物在细胞中的位置，可分为： 与膜结合的蛋白，如src基因产物； 可溶性蛋白，如mos基因产物； 核蛋白，如myc基因产物。,2.1.2.2 根据原癌基因表达产物的功能，可分为： 蛋白激酶类，如src家族（酪氨酸蛋白激酶类） 生长因子类 生长因子受体类 GTP结合蛋白类，如ras家族 核蛋白类（DNA结合蛋白），如myc家族 未知功能类,2.2 原癌基因的表达 原癌基因在正常细胞中通常以单拷贝形式存在，只有低水平的表达或根本不表达。 很多情况下，原癌基因的结构发生了点突变或插入、重排、缺失及扩增等，改变其转录活性。,细胞中原癌细胞基因转变为癌基因的主要途径,2.2.1点突变：最常见的机制 ras基因的点突变及转化活性分析,2.2.2LTR插入 LTR是逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列（long ter-mmal repeat）,结构中含有强的启动子序列，当LTR插入原癌基因启动子区域或邻近部位后，可从根本上改变基因的正常调控规律。,2.2.3基因重排 大多数类型的人肿瘤中存在染色体数目和结构异常现象，说明存在原癌基因重排的可能。,abl原癌基因通过选择性染色体重排转变成细胞癌基因,abl基因位于第九号染色体,bcr 基因位于第22号染色体,因首见于美国费城（Philadelphia）而命名。系其22号染色体部分长臂接到9号染色体长臂的一种易位,非受体型酪氨酸蛋白激酶,慢性骨髓瘤,2.2.4 缺失（Deletion）,一些原癌基因5上游存在负调控序列，该序列的缺失或突变，则丧失抑制癌基因表达的能力。 Brukitt淋巴瘤中 c-myc因负调控序列缺失或LTR插入而增强表达。,2.2.5 基因扩增,蛋白质结构未变化，但总量大大提高,使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达。,3 基因互作与癌基因表达 3.1染色体构象对原核基因表达的影响,基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构，也取决于其空间构象，即基因在染色体上的空间排列和染色质的结构。当两个基因相距太近时，往往不易形成有利于高效转录的空间结构。,基因领域：基因与基因之间的间隔距离 基因领域效应：同一DNA链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低。,0.3kb - 5kb，最佳间隔距离与两个基因的总长度成正相关。,c-myc（8号染色体），两侧分别有强表达的基因，使c-myc受到基因领域效应影响，转录抑制。 Burkitt淋巴瘤中，基因发生重排， c-myc一侧的强表达基因消失，消除了基因领域效应， c-myc转录活性增强。,3.2原癌基因终产物对基因表达的影响 某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用，也包括某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用两大类。P349,癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3处： 癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长； 癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号； 癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求。,3.3 抑癌基因产物对原癌基因的调控 因为抑癌基因产物能抑制细胞的恶性增殖，所以它也是被认为是一种隐性癌基因。,原癌基因是显性基因，一个等位基因突变即可显示致癌效应； 肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的，即只有一个肿瘤抑制等位基因发生突变，不会发生致癌效应。,3.4外源信号对原癌基因表达的影响 细胞外信号作用于靶细胞后，通过细胞膜受体系统或其它直接途径被传递至细胞内，再通过多种蛋白激酶的活化，对转录因子进行修饰，然后引发一系列基因的转录激活。,许多原癌基因参与细胞信号转导过程,快速反应基因：不受蛋白质合成抑制剂影响；转录激活维持时间很短,二、人免疫缺损病毒HIV,1 HIV病毒粒子的形态结构和传染,HIV-病毒粒子结构模型图,内膜蛋白,外壳蛋白,反转录酶,外壳蛋白核衣壳,2 HIV基因组及其编码的蛋白 HIV基因组由两条单链正链RNA组成，每个RNA基因组约为9.7kb。在RNA5端有一帽子结构（m7G5GmpNp）,3端有poly(A)尾巴。 HIV的主要基因结构核组织形式与其他反转录病毒相同。均由5末端LTR、结构蛋白编码区（gag）、蛋白酶编码区（pro）、具有多种酶活性的蛋白编码区（pol）、外膜蛋白（erv）和，3末端LTR组成。,编码病毒的核心蛋白,编码反转录酶、整合酶和蛋白酶,编码外膜蛋白,gag,p55,p24（外壳蛋白，CA） pP17（内膜蛋白， MA） p15,p9和p7（核衣壳蛋白，NC）,pol,p66（逆转录酶） p22（整合酶）,pro,p22，切割，促进蛋白质成熟,env,gp160糖蛋白,gp120（外膜蛋白），与CD4受体结合 gp41（跨膜蛋白）插入寄主细胞膜,HIV-基因结构和所编码的主要蛋白,HIV-在人体细胞内的复制和侵染过程示意图,3 HIV的复制,4 HIV-基因的表达调控 与大多数反转录病毒相比，HIV的最大特点就是含有许多调控基因。 这些基因编码相应的调控蛋白，它们在病毒RNA的转录、转录后加工、蛋白质翻译包装以及病毒颗粒的释放等各个过程中发挥重要作用。,4.1 LTR序列,HIV基因组LTR区中DNA和RNA结合蛋白的作用位点,鸡卵蛋白转录因子COUP（负） 上游激活因子USF（负） 激活蛋白1（正） 激活T细胞核因子NFAT（正） T细胞因子TCF （正） 核因子NFkB （正）,4.2 调控蛋白,Tat蛋白：转录激活因子，促进RNA聚合酶转录起始复合物的组装。 Rev蛋白：反式激活因子，对结构基因起正调控作用，增加未编辑的基因组全长转录产物。 Nef蛋白：负调控因子和磷酸化蛋白，非复制必需，抑制前病毒基因的表达，提高HIV的含量。 Vpr蛋白：R蛋白，作用于LTR，提高HIV的复制速度，在早期中起作用。 Vpu蛋白：U蛋白，磷酸化蛋白，存在于细胞膜中，可能促进HIV的组装、成熟和释放。 Vif蛋白：增加HIV 的侵染性。,5 HIV的感染及致病机理,HIV的主要靶细胞是细胞表面表达CD4分子的细胞，主要是CD4+T淋巴细胞，还有单核细胞、巨噬细胞等。 细胞表面CD4分子是HIV受体，通过HIV膜蛋白gp120与细胞膜上CD4结合后，由gp41介导使病毒传入易感细胞内，造成细胞破坏。,HIV感染后的发病机理如下,HIV侵入人体后首先与细胞表面含有CD4受体CD4+T淋巴细胞结合，进入细胞进行复制，部分整合于细胞染色体DNA中成为潜伏型,机体细胞免疫和体液免疫对HIV的抵抗作用，使感染初期的 HIV低水平复制,在其他因素的作用下，潜伏的HIV被激活而大量复制，广泛侵入CD4+T淋巴细胞，使CD4+T淋巴细胞、单核 巨噬细胞、B淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞和NK细胞等功能受损，最后导致整个免疫功能缺陷，最终发生一系列顽固性机会感染和肿瘤的发生。,三、基因治疗 gene therapy,基因治疗：就是向有功能缺陷的细胞补充相应功能基因，以纠正或补偿其基因缺陷，从而达到治疗的目的。 对象 体细胞 生殖细胞,1、定义,2、基因治疗的策略,1）基因置换（gene replacement）：基因替换用正常的基因原位替换病变细胞内的致病基因，使细胞内的DNA完全恢复正常状态。,2）基因修复（gene correction）：基因修正，是指将致病基因的突变碱基序列纠正，而正常部分予以保留。,3）基因修饰（gene augmentation）：基因补充，又称基因增补，将目的基因导入病变细胞或其它细胞，目的基因的表达产物能修饰缺陷细胞的功能或使原有的某些功能得以加强。,4）基因失活（gene inactivation）：利用反义技术、核酶技术或基因敲除技术封闭有害基因，能特异地封闭基因表达特性，抑制一些有害基因的表达，达到治疗疾病的目的。,5）免疫调节(immune adjustment)：将抗体、抗原或细胞因子的基因导入病人体内，改变病人免疫状态，达到预防和治疗疾病的目的。,3 基因治疗的两大途径 3.1 ex vivo途径（回体法） 指将含外源基因的载体在体外导入人体自身或异体（异种）细胞这种方法不易形成规模，而且必须有固定的临床基地。 3.2 in vivo途径（在体法） 这是将外源基因装配于特定的真核细胞表达载体上，直接导入人体内。,4 基因治疗中的病毒载体 用于基因治疗的病毒载体应具备以下条件： 携带外源基因并能装配成病毒颗粒； 介导外源基因的转移和表达； 对机体没有致病力。,4.1 病毒载体的分类 重组型病毒载体 无病毒基因的病毒载体,常用病毒载体的特性和适用范围,续表,4.2 基因治疗中的问题 靶向性基因导入系统 基因治疗中的关键 问题是必须将治疗基因送入特定的靶细胞，并在该细胞中得到高效表达 外源基因表达的可控性 基因导入后表达处于无调控状态，将会造成严重后果。 治疗基因过少 致病基因还有待阐明，可选择的靶基因不多。,5 非病毒载体,裸DNA 脂质体/DNA复合物 多聚物/DNA复合物,6、基因治疗的前景,1）反义技术（antisense oligodeoxynucleotides ） 一种从基因水平进行治疗的技术，它们以不同方式，在DNA复制、转录和翻译水平发挥作用。利用人工合成的反义RNA或DNA导入靶细胞，阻断Gene的转录或复制，控制细胞的中间阶段，使编码蛋白的Gene不能转录为mRNA ，或阻断翻译相应蛋白.,DNA DNA RNA RNA 反义RNA 阻断表达,2）药物靶向治疗（drugs targeting）,病毒导向酶的药物前体治疗（virus directed enzyme pro-drug therapy， VDEPT），即用