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研究生讲义 肿瘤相关基因Tumor associatedgenesDepartmentofhistologyandembryologyZHUXiaoyanzhxy Tumor 肿瘤 BenigntumorMalignanttumorCancer 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 3567 61220 2141 1胃30 7814 527 03 1肝25 739 553 51 5肺21 689 0374 930 5食道20 2210 326 01 5结直肠与肛门5 093 7423 616 0白血病3 863 168 34 9子宫颈 3 16 3 0乳腺0 042 930 227 2脑2 011 485 03 4鼻咽1 600 76 胰腺1 521 0810 07 2前列腺0 58 25 6 卵巢 0 39 7 8黑色素瘤0 310 073 11 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 initiatingstage 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 promotingstage 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 progressingstage 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 ReytonRous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 cellularoncogene c onc 病毒癌基因virusoncogene 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 celloncogene 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 srcavianRoussarcomavirus 鸡Rous肉瘤病毒 erbavianerythroblastosisvirus 鸡成红细胞增多症病毒 sissimiansarcomavirus 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 sis22q12 13PDGF B类hst 111q13 3FGF类int 211q13 3FGF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 17pter 7q22TPK EGF受体erbB 2 neu 17q21TPK EGF受体c ros6q22TPK EGF受体c trk oncD 1q25 31TPK EGF受体c met7q21 31TPK EGF受体c fms5q33 34TPK CSF 1受体c kit4q11 13TPK 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 src20q12 13TPKc yes18q21 3TPKc fgr1q34 36TPKc abl9q34TPK 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 srchomologyregion 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 13p24 25S T PKA rafXp21 q11S T PKB rafS T PKc mos8q11 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D1fos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 ras11p15 5GTPasec K ras12p12 1GTPasec N ras1p22GTPase 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D1fos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 myc8q24DNA结合蛋白N myc2p23 24DNA结合蛋白L myc1p32DNA结合蛋白c myb6q22DNA结合蛋白c ets 111q23 24c ets 221q22 3c fos14q21 24 癌基因分类及表达产物1 src家族 srcablfesfgrfpsfymlckkcklynrostklyes 产物 膜结合的Tyr蛋白激酶 2 ras家族 有三种成员 即H rasK rasN 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 mycM mycL mycfos 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 erbAerbBfmstrk 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Amplification3 个体生长 发育所必需 看家基因 HouseKeeperGenes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 ras35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 splicingsite 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ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGGCGGTGTG肿瘤H ras碱基序列ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGTCGGTGTG正常细胞p21蛋白的氨基酸序列MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaGlyAlaVal肿瘤H ras编码p21MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaValAlaVal蛋白氨基酸序列图 H ras基因的点突变 1 点突变Pointmutation典型实例ras癌基因 p21ras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 RETmutation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 longterminalrepeatedsequence 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Controlingelementinsertion 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HL 60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 Homogeneouslystainingregion 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 Doubleminutechromosomes 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Chromosomaltranslocation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 chromosome8q c myc 14 2 22c myc活化慢性髓细胞性白血病 CML chromosome9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 tumorsuppressorgene 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 RBp53APCBRCADCCP16NF1PTENVHL 13q1417p135q2117q2118q21 39p2117q1110q23 33P25 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 抑癌基因