恶性肿瘤的分子生物学分解ppt课件.ppt

第8章恶性肿瘤的分子生物学 MolecularBiologyofMalignantTumors 马立克氏病病鸡 图1卵巢肿瘤A GAe组雏鸡接种MDVGA株后40天 卵巢形成明显肿瘤 如箭头所示 B GA0组卵巢正常 如箭头所示 C 异常卵巢和正常卵巢的直观比较 图2睾丸肿瘤A GA0组睾丸正常 如箭头所示 B GAe组雏鸡接种MDVGA株后40天 睾丸形成明显肿瘤 如箭头所示 C 异常睾丸和正常睾丸的直观比较 肿瘤 tumor 是机体在各种致瘤因素作用下 局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控 导致克隆性异常增生而形成的新生物 9 1概述 肿瘤有良性 恶性之分 仅快速增殖而不扩散的称为良性肿瘤 而不仅异常快速增殖 而且细胞可发生扩散转移的称为恶性肿瘤 特称为癌 cancer 或新生物 neoplasm 癌的主要特征 不受机体整体的制约 为所欲为 地快速增殖 除了侵占正常细胞所占的空间外 还发生扩散和转移 形成新的病灶 Benigntumorsarisewithgreatfrequencybutposelittleriskbecausetheyarelocalizedandsmall Malignanttumorsgenerallyinvadesurroundingtissueandspreadthroughoutthebody Alterationsincell cellinteractionsandtheformationofnewbloodvesselsareassociatedwithmalignancy 恶性肿瘤的转移 对肿瘤发生的分子机制 最初人们认为是病毒瘤基因所致 70年代中期 毕晓普和瓦慕斯发现动物正常细胞中本来存在癌基因 原癌基因 正常情况下 瘤基因对细胞的生长 分化 调节和维护正常功能起重要作用 近来发现细胞中有抑制肿瘤发生的抑瘤基因 1989年诺贝尔生理学或医学奖 分子肿瘤学认为恶性肿瘤是一种涉及基因改变的疾病 Forcancer twoclassesofcellulargenesaretargetsformutations PROTO ONCOGENESTUMOURSUPRESSORGENES Thevastmajorityofthesemutationsaresomatic BalanceofTissueCellNumber Oncogenes 癌基因 Normalgenes regulatecellgrowth 1stmutation leadstoacceleratedcelldivision 1mutationsufficientforroleincancerdevelopment ExampleOncogenesderivedfromgrowthfactorreceptorsconfertheabilitytobypassthegrowthfactorrequirement leadingtoindependentgrowth Tumoursuppressorgenes 肿瘤抑制基因 Actasabrakeforcelldivision GUARDIANOFTHEGENOME PROBLEM Mutationintumoursuppressorgenes brakesdon twork orthereisanaccumulationsofmutations DNArepairenzymes Themutatedgeneproductisnotfunctional NULLALLELE Inactivatedtumoursuppressorgene 肿瘤发生 Activatedproto oncogene 癌基因 oncogeny onc 是指能导致细胞恶性转化的核酸片段 主要包括病毒癌基因 细胞癌基因以及与细胞生长因子及其受体 蛋白激酶 转录因子及其信息加工 传递等有关的基因 9 2几个基本概念 病毒癌基因 virusoncogenes V onc 存在于病毒基因组内的癌基因 病毒感染动物时 可诱导动物体内肿瘤形成 DNA病毒RNA病毒 反转录病毒 细胞癌基因 cellularoncogenes C onc 存在于动物细胞中的癌基因 正常情况下主要在胚胎期表达 在出生后的个体内不表达或限量表达 主要功能是促进细胞的正常增殖和分化 又称原癌基因 被致癌因素激活时 可诱导细胞癌变 抑癌基因 tumorsuppressorgene TSG 又称抗癌基因 anti oncogene 隐性癌基因 recessiveoncogene 是正常细胞中存在的对原癌基因表达功能进行调节的基因 可抑制细胞生长并能潜在抑制癌变 它的失活或突变具有促进肿瘤生长的潜势 抑癌基因活性的下降 功能缺失突变 也可引起癌症的发生 含转录启动子 LTR gag pol env src LTR 长末端重复序列 癌基因 正常的病毒基因 产生病毒表面糖蛋白 产生逆转录酶和整合酶 产生病毒垮膜蛋白 产生p60src蛋白质 磷酸化蛋白 靶蛋白磷酸化 Rous于1910年首先发现鸡肉瘤病毒 后称劳斯肉瘤病毒RSV 1966诺贝尔奖 9 3癌基因致癌的分子机制 病毒癌基因 纵向传播 原病毒随细胞分裂传递横向传播 原病毒转录表达 参与癌症的发生 原癌基因致癌的分子机制 有时原癌基因中一个核苷酸的突变会使基因表达异常的蛋白产物 从而使细胞向恶性转化 例如 膀胱癌EJ株C Ha ras基因外显子12密码子的突变 基因点突变 基因扩增 蛋白质结构未变化 但总量大大提高 基因在细胞中拷贝数增加 从而使可用的转录模板数大大增加 染色体易位或重排 慢性粒细胞白血症 Chronicmyeloidleukaemia CML ischaracterisedbythet 9 22 q34 q11 reciprocaltranslocation 病毒启动子插入 基因间相互作用 肿瘤细胞中常常不是由一种C onc表达异常 有时需几种C onc发生改变 产生协同作用方可奏效 正常细胞的基因 具有相对稳定的甲基化类型 特别是原癌基因的甲基化可使其难以表达 原癌基因甲基化水平降低 ExamplesofOncogenes RAS activatedinmanycancers colon c MYC over expressedincoloncancer amplifiedinlung rearrangedinlymphoma RET MEN2aMET hereditarypapillaryrenalcancerCDK4 familialmelanomaBCR ABL chronicmyelogenicleukaemiaBCL2 follicularlymphoma 9 4抑癌基因的作用及其致癌机制 抑癌基因在染色体中起稳定性作用 参与细胞分化以控制肿瘤形成 细胞的终末分化可抑制细胞分裂 参与衰老过程 诱导细胞程序性死亡 通过调控细胞周期 调节细胞增殖 正常情况下抑癌基因的作用 抑癌作用通过抑瘤基因表达 抑癌蛋白 实现 抑癌基因改变的分子基础 错配修复基因缺陷 守门基因和看护基因的突变失活 守门基因 gatekeepergene 是指在细胞恶性转化过程中与癌基因启动相关的基因 看护基因 caretaker gene 是指保持细胞基因组稳定性 而与细胞恶性转化过程中癌基因的启动不直接相关的基因 GeneticControlofNeoplasticInitiationandPromotion GatekeepergenesCaretakergenes ExamplesoftumoursuppressorgenesincludeRB1 retinoblastomasusceptibilitygeneWT1 Wilm stumourgeneNF1 neurofibromatosistype1geneNF2 neurofibromatosistype2geneDCC involvedincolorectalcancerBRCA1 BRCA2 involvedinbreastcancer Todaywewilllookatthesetumoursuppressorgenes Rb 视网膜母细胞瘤 p53APC 腺瘤样结肠息肉 Knudson s Two Hit ModelforRetinoblastoma Normal2intactcopies Predisposed1intactcopy1mutation AffectedLossofbothcopies p53functionsasa molecularnode intheDNA damageresponse 小结 正常细胞的生长与增殖是由两大类基因调控的正向调控信号 主要是起促进细胞生长和增殖 并且阻止其发生终末化倾向 癌基因起着这方面的作用 负向调控信号 主要使细胞成熟 促进终末分化 最后是细胞调亡 抑癌基因则在这方面起作用 正常情况下这两类信号保持着动态平衡 十分精确地调控细胞增殖和成熟 一旦这两类信号中有一类信号过强或过弱均会使细胞生长失控而恶变 恶性肿瘤细胞在生物学研究中的应用 无限制增长特性细胞分化幼稚细胞寿命长细胞的侵润性致瘤性细胞的遗传性 Normal Tumour Clonalselectionofcancercells Variantsovertime 经典的抗原递呈理论认为 外源性抗原经APC摄取后 在溶酶体中降解为短肽 由MHC 类分子提呈给CD4 T细胞 内源性抗原在胞质溶胶中降解后 与MHC 类分子结合 提呈给CD8 T细胞 激活细胞毒性T淋巴细胞 CTL 杀伤病毒感染细胞或肿瘤细胞 然而 通常情况下病毒感染或发生异常突变的细胞主要为实质细胞 它们大多不能迁移到淋巴器官与T细胞相互接触 同时也缺乏T细胞活化所必须的共刺激信号 故不能活化初始型CD8 T细胞 外 内源性抗原示意图 1976年 Bevan首先发现交叉递呈 cross presentation 的现象 随后 Sigal等也揭示外源性抗原能有效被APC的MHC 类分子递呈 借助交叉递呈机制 APC可以主动摄取病毒蛋白或肿瘤抗原 并通过MHC 类分子将抗原呈递给CD8 T细胞 从而产生有效的CTL应答 达到清除靶细胞的目的 近年来更多研究表明 凋亡或坏死的细胞 热休克蛋白 病毒蛋白 颗粒性抗原 甚至可溶性抗原等都可以通过交叉递呈途径活化CTL应答 交叉递呈在机体抗病毒及其它病原体感染和肿瘤免疫等方面起着非常重要的作用 树突状细胞 DC 巨噬细胞等专职APC都具有交叉活化CD8 T细胞的能力 而DC是体内最有效的专职APC 抗原摄取能力强且能活化初始型T细胞 是执行交叉递呈功能的主要细胞 DC需要经历由不成熟向成熟阶段的转变才能有效刺激T细胞活化 不成熟DC捕获抗原后 在炎性因子的刺激下分化为成熟DC 细胞的抗原摄取能力下降 而抗原递呈及刺激T细胞活化的能力增强 此过程同时伴随细胞表面MHC 类分子 类分子 共刺激分子CD80 CD86以及T细胞黏附分子CD48 CD58等的上调表达 此外 DC还通过延伸其树突状突起 增加与T细胞相互作用的机会 流式细胞术 激光共聚焦等新技术的应用为研究抗原交叉递呈的分子机制提供了保障 近年研究发现并非所有的DC亚型都能参与交叉递呈 只有表达CD24 CD8 和CD103分子的DC才参与细胞交叉递呈 TLR具有激活DCs 增强其抗原交叉递呈的能力 Themolecularmechanismsinvolvedinclassicalcross primingareillustrated Dendriticcells DCs takeupantigenbydistinctendocytosismechanismsandpresentittoCD4 Thelper TH cellsthroughMHCclassIImoleculesandcross presentittoCD8 cytotoxicTlymphocytes CTLs throughMHCclassImolecules ActivatedCD4 THcellscanstimulateCTLsthroughtheproductionofinterleukin 2 IL 2 andlicenseDCsforcross primingthroughCD40ligand CD40L CD40interactions LicensedDCsupregulateexpressionofco stimulatorymolecules suchasCD70 CD80andCD86 anddownregulateinhibitorymolecules suchasprogrammedcelldeathligand PDL1 Toll likereceptor TLR ligandsfurtheractivateDCsandincreasetheircross presentationactivity Cross primedCTLsareprogrammedforsurvivalandceaseTNF relatedapoptosis inducingligand TRAIL production Helpless CTLsactivatedbyunlicensedDCsdiefollowingsecondaryencounterwithantigenintheireffectorphase Chemokine mediatedregulationofcross primingisillustrated CD4 THcells andtheDCstheylicense produceCC chemokineligand3 CCL3 CCL4andCCL5inthepresenceofTLRligands whichrecruitnaiveCTLsforclassicalcross priming Alternatively DCslicensedbynaturalkillerT NKT cellsproducetheCC chemokinereceptor CCR4 ligandCCL17 andNKTcellsthemselvesproducetheCCR4ligandCCL22 whichrecruitnaiveCCR4 CTLsforcross priming TheCCR4 andCCR5 mediatedrecruitmentpathwaysaresynergistic Inthisfigure dashedarrowsindicateantigenroutingforcrosspresentation GalCer galactosylceramide TCR Tcellreceptor Recruitmentofcross primedeffectorcytotoxicTlymphocytesintonon lymphoidtissues Viralinfectionoftissuecellsleadstotheirsecretionofpro inflammatorycytokinesandinterferonsthatupregulatetheexpressionofadhesionmolecules suchasintercellularadhesionmolecule1 ICAM1 byendothelialcells EffectorcytotoxicTlymphocytes CTLs attachtothesemoleculesandarenonspecificallyrecruitedfromthebloodstreamintonon lymphoidtissues Inaddition recentstudieshaverevealedtwoantigen specificrecruitmentmechanisms first endothelialcellsincertaintissues suchastheliver pancreaticisletsorthebrain cancross presentmicrobi