《癌基因与抑癌基因》PPT课件.ppt

oncogene22)(q34;q11),ThePhchromosomewasthefirstconsistentabnormalitynotedinahumancancer,arisingfromareciprocaltranslocation,t(9;22)(q34;q11.2),andmolecularlybythefusionoftheproto-oncogeneABL,locatedonthelongarmofchromosome9,withtheBCRgeneofchromosome22,knownasthebreakpointclusterregion(bcr).,DNA甲基化状态的改变可导致基因结构和功能的异常，是细胞癌变过程中重要一步。在真核细胞中最重要的甲基化碱基是C,通常发生在双核苷酸区域（CpG岛）。某些癌基因低甲基化和抑癌基因的高甲基化改变是细胞癌变的一个重要特征。,（四）oncogenesmethylation,甲基化的功能意义：抑制基因表达，维护染色体完整性，调节DNA重组。抵御外来入侵的寄生DNA。低甲基化易致基因组中重复子同源重组，而导致基因组的不稳定性增加。,mutationsatpromotercontrollinggeneexpression基因表达是指基因的转录与翻释以及它们的调控。基因表达水平的改变是细胞癌变的早期事件，过量表达与细胞的异常增生有关Met、c-ErbB2、ras,（五）基因过量表达(overexpressionofoncogenes),与人类肿瘤相关的特征性基因有三种，H-ras、K-ras和N-ras，分别定位于11、12、1号染色体，前二者是大鼠肉瘤病毒的转化基因，后者是从人神经母细胞瘤中分离得到,（一）ras基因家族,常见癌基因,共有特征,(1)基因组中均含4个编码的外显子和1个5端非编码外显子.(2)外显子所编码的蛋白为188-189个氨基酸残基，分子量为21KD即P21蛋白，具有高度特异性和同源性，尤其在氨基酸序列的前80个氨基酸残基中，几乎无种属间差别，具有高度保守性。,ModelofActionofrasGene,(1)P21ras位于细胞膜内侧，以软脂酸共价键形式固定于脂质双层膜的内表面(2)对GTP和GDP具有高度亲和力，并有同源性GTP酶的活性.生化性质与G蛋白非常类似，提示ras蛋白可能也具有信号传导通路的作用，但目前尚未发现ras蛋白作用的特异受体和靶细胞.,(二)myc基因家族及其表达产物,c-myc定位于第8号染色体的8q24区，其编码产物为439个氨基酸残基的蛋白质。N-myc定位于第2号染色体的2p23-p24区，其产物为456个氨基酸残基蛋白质。L-myc定位于第1号染色体的1p32区，编码产物为364个氨基酸残基的蛋白质。,蛋白产物定位于核内，为核转录调节因子，能够与特殊的DNA顺序结合发生肿瘤时，myc基因家族成员可发生染色体基因易位、基因扩增以及表达过度。,Myc-activatedmechanismsofaction,（三）erb家族,表达产物：细胞骨架蛋白在细胞运动、分裂、信息传递、能量转换、代谢调控以及维持细胞形态方面具有重要作用。,人erb-B编码的蛋白与EGF受体相似，是“掐头”的EGF受体，这个“截短”受体和其配体-表皮生长因子长期结合，从而可永远向细胞内传导促进生长的信号。,与野生型受体相比，跨膜区域无变化，但受体的两端变短，尤其是全部细胞外结构区域都被删除。,TheErbBsignallingnetwork,c-erbB-2/HER2/neu,Moleculardiagnosisofbreastcancer.a|Immunohistochemistryandb|fluorescenceinsituhybridization(FISH)analysisofErbB2inhumanbreastcancer.ImmunohistochemistrywasperformedusingHercepTestandFISHusingaPathVysionErbB2DNAprobekit.TheErbB2geneisseenasredfluorescenceandthechromosome-17centromeric-satelliteprobeasgreenfluorescence.,（四）c-Met,染色体7q31，编码190KD跨膜糖蛋白，链（50KD）在胞外，链（145KD）含胞外配体结合区、跨膜区、胞内酪氨酸激酶区。蛋白表达位于腺样结构细胞的边缘。肝细胞因子（HGF）或离散因子（SF）作为c-Met受体的配体，形成HGF/SF-c-Met内分泌信号系统。配体结合可使受体酪氨酸激酶磷酸化，促进细胞有丝分裂、细胞动力和向腺上皮的形态分化扩增和过表达肠型胃癌基因重排：1号chr的易位启动子区(tpr)与c-Metgene5区融合形成tpr-metgene。在浅表性胃炎、萎缩性胃炎、肠化和胃癌组织中均存在tpr-metmRNA高表达。,（五）Bcl-2,从B细胞淋巴瘤中鉴定出来，由染色体t(14;18)(q32;q21)易位而激活，导致易位细胞中Bcl-2表达失控。,Proliferation:Malignancy,P53:MolecularPoliceman,Bcl-2,（六）Mdm-2,位于12q13-14。进化保守基因，高表达时现癌基因功能基因产物是90kDa的蛋白质，氨基酸序列分析发现具有一个核定位信号和两个锌指蛋白，提示是一种DNA结合蛋白，具有转录调节作用.Mdm-2蛋白可与p53&Rb蛋白结合而使其功能失活。基因产物可和wtp53和mtp53结合，起到对p53的负调节作用。抑制p53介导的反式激活，阻止p53抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的功能，解除细胞G1期的阻滞并重新进入细胞周期。mdm2癌基因已在多种肿瘤中发现其突变与扩增，而且mdm2突变与P53突变不共存，mdm2扩增与肿瘤转移密切相关,（七）细胞周期素（Cyclins）/细胞周期素依赖性激酶（Cyclin-DependantKinases，CDK),第二节抑癌基因（anti-oncogenes，tumorsuppressorgenes）,抑癌基因的基本概念抑癌基因作用机制Rb基因“控制细胞周期的重要基因”p53基因“基因组卫士”,一、抑癌基因的基本概念,概念：是一类抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。它的丢失或失活与肿瘤的发生有关。反之，其被导入或激活可抑制细胞的恶性表现。发现：1986年，美国加州大学的Geiser等用正常细胞与肿瘤细胞杂交实验发现并提出抑癌基因,正常细胞与肿瘤细胞杂交实验,正常细胞,融合,非肿瘤型杂交细胞,（正常，但不稳定）,传代,肿瘤细胞,肿瘤细胞,11号染色体某片段丢失,导入第11号染色体丢失片段,细胞转变为正常,抑癌基因的产物是抑制细胞增殖，促进细胞分化，和抑制细胞迁移，因此起负调控作用，通常认为抑癌基因的突变是隐性的。判断抑癌基因的3个标准：1）正常组织中存在并表达2）恶性组织中突变而失活3）该基因的野生型导入该基因缺陷的恶性组织中能部分或全部抑制其恶性表型,review,常见的抑癌基因,基因定位相关肿瘤作用跨膜受体类：DCC18q21结直肠癌编码表面糖蛋白（细胞粘附分子）PTCH9q22.3HEDGEHOG受体胞质调节因子或结构蛋白：APC5p21结直肠癌可能编码G蛋白NF17q12.2神经纤维瘤GTP酶激活剂NF222q神经鞘膜瘤、脑膜瘤连接膜与细胞骨架转录因子和转录调节因子：P5317P多种肿瘤编码P53蛋白（转录因子）Rb13q14视网膜母细胞瘤、骨编码P105Rb1蛋白（转录因子）肉瘤、肺癌、乳癌DPC418q21.1胰腺癌TGF-调节的MAD相关蛋白MADR218q21结直肠癌TGF-调节的MAD相关蛋白VHL3P小细胞肺癌、宫颈瘤转录调节蛋白WT111P13肾母细胞瘤编码锌指蛋白（转录因子）细胞周期因子：P169p21黑色素瘤编码P16蛋白，CDK4,6抑制剂P159p21交质母细胞瘤编码P15蛋白，CDK4,6抑制剂P216q21前列腺癌编码P21蛋白，CDK2,3,4,6抑制剂,抑癌基因失活机制：,1.抑癌基因纯合型缺失2.二个等位基因中的一个缺失,另一个等位基因突变（LOH）化学致癌物、病毒等引起体细胞中的基因突变3.基因突变导致抑癌基因失活4.基因5端CPG岛胞嘧啶（C-5）高度甲基化，抑制抑癌基因的转录5.癌蛋白的作用,Knudsons两次打击论,抑癌基因在细胞信号传导的通路的多个层次发挥作用,跨膜受体：PTCH基因DCC基因胞浆调节或结构蛋白：NF1PTENAPCNF2等转录因子或转录调节因子：p53WT1RB1VHL等细胞周期因子：p16p21p15等DNA损伤修复蛋白：MSH2MLH1PMS2ATMBRCA1BRCA2等,二、抑癌基因作用机制,（一）Rb基因“控制细胞周期的重要基因”,视网膜母细胞瘤是由Rb基因失活所致。基因结构：200kb，27外显子，2.7kbmRNA，编码928残基，分子量为105kDa的蛋白（P105-Rb）P105-Rb功能：参与调节E2F等多种转录因子来控制细胞周期，影响细胞增殖和分化P105-Rb活性调节：高磷酸化无活性型和非或低磷酸化活性型，由Cyclin-CDK来调节；被多种病毒蛋白结合抑制(如：SV40大T抗原，腺病毒E1A蛋白，人乳头瘤病毒E7蛋白),retinoblastoma,PathogenesisofRetinoblastoma,靶蛋白中包括一组E2F转录因子，它们所激活转录的靶基因其产物是S期所必须的。和RB结合后E2F的激活转录能力受到抑制，表明RB可以阻遏那些依赖E2F的基因表达。通过这种途径RB可直接阻止细胞进入S期。RB-E2F的复合体也可直接阻遏某些靶基因。E2F从RB上解离以后这些基因才能表达。,不同程度磷酸化后，都可使p105活性缺乏或完全消失。非磷酸化的Rb可防止细胞增殖，当DNA肿瘤病毒抗原结合了非磷酸化的Rb时，Rb的活性就受到抑制，使细胞转化为无限增殖状态，形成肿瘤。,pRb蛋白作用示意图,myc,myb,cdc2DNA聚合酶胸苷激酶,二氢叶酸还原酶,pRb,CYCA,CDK2,RBpathwayandfunction,RB-E2F,1、p53基因的发现曾错误把P53基因定为癌基因因当初从肿瘤细胞分离得到的P53基因如同myc基因一样，能和ras基因协同转化胚胎成纤维细胞，又依据癌基因为细胞显性表型的原则而被定癌基因，后发现实为其突变型。1989年，才确认为“抑癌基因”。p53基因与人类50%的肿瘤有关。P53基因突变型在血液系统肿瘤、膀胱癌、肝癌、肺癌、结肠癌以及口腔癌等的细胞中发现。,（二）p53基因“基因组卫士”,2、p53的结构基因：20kb，11外显子，mRNA：2.5kb，编码393氨基酸残基，分子量为53kDa的多肽链。,p53蛋白中央核心区结合特定的DNA序列，N未端序列有转录活化的功能，C未端可使p53蛋白自身形成二聚体或四聚体。,3、p53的功能,p53是细胞内重要的转录因子，调节p21、GADD45、BAX等基因的转录表达来实现其功能。当射线或其它因素引起DNA损伤时，p53蛋白就被激活，执行如下功能：调节细胞周期、促进DNA损伤修复：如果细胞处于G1期，p53蛋白通过p21蛋白抑制cdk活性，封闭细胞周期关卡,使细胞生长停止，并激活GADD45，加速DNA修复。诱导细胞凋亡：如果细胞已经处于S期，p53蛋白促进相关细胞凋亡蛋白基因（bax等）表达，启动细胞凋亡。,P53蛋白作用示意图,GADD45,P21,CDK2,4,6,BAX等,生长停止,DNA修复,细胞凋亡,p53&Mdm2,p21又是p53下游的转录激活产物，其上游调节区含有p53的结合位点，可抑制细胞周期素（cyclinD）/细胞周期素依赖性激酶（CDK）的底物磷酸化，导致G1期阻滞，使细胞在进入S期之前有充足的时间进行损伤DNA的修复。CyclinD-CDK4复合体正常情况下可促进Rb蛋白磷酸化，低磷酸化或非磷酸化的Rb与E2F（通过G1限制点必需的转录因子）结合。Rb磷酸化可导致E2F的游离和释放，并使E2F转位至核，诱发多种基因的蛋白转录，进而促使细胞进入S期.,4、p53的功能特点,在复制和转录水平上抑制细胞增殖P53可被一些癌基因产物结合而失活(如：SV40大T抗原，腺病毒E1B蛋白，HPVE6蛋白)P53突变具有显性失活的效应。,5、P53突变与肿瘤,P53基因与人类50%的肿瘤有关，人类肿瘤中P53突变主要在高度保守区内，以175、248、249、273、282位点突变最高，不同种类肿瘤不同,Thep53family,p53familymemberspathways,（三）细胞周期因子,p21(cip1/wAF1),p27(Kip1)和p15/p16（ink4）合称为Cki蛋白，它们结合在cdk-cyclin二聚体上，使其失活。如在静止期通过这种途径阻止RB的磷酸化，使细胞周期不能进入S期。,主要几种Cyclin-CDK细胞周期复合物,P16基因,P16基因又叫MTS(multipletumorsuppressor)基因，是一种细胞周期中的基本基因，直接参予细胞周期的调控，负调节细胞增殖及分裂一、P16基因结构及表达P16基因定位于人染色体9p21，8.5Kb由2个内含子及3外显子组成，第1外显子由126bp组成，第2外显子由307bp组成，第3外显子bp组成.P16基因是细胞周期中的一种基本基因二、P16基因的表达产物及功能P16基因编码产物是P16蛋白，定位于细胞核内，为细胞周期素依赖激酶CDK4及CDK6抑制物，通过结合CDK4或CDK6而抑制CyclinD-CDK4/CDK6复合物，阻止细胞分裂、增生，突变型p16蛋白无此抑制活性，细胞分裂失控，导致癌变。,三、P16基因与肿瘤P16基因已在多种肿瘤中发现缺失，突变Kamb等已经从肺癌、乳腺癌、皮肤癌、膀胱癌、肾癌、卵巢癌、淋巴瘤等中检测出50%以上P16纯合子缺失，在黑色素瘤中还检出无义错义，移码突变.表明P16参予各种组织的肿瘤形成.因此检测P16基因的突变与缺失，是判断肿瘤性质及预后的一项重要指标.,（四）DNA损伤修复蛋白,BRCA1：基因全长100kb含23个外显子，22个内含子，1个单一长开放阅读框架，编码1863个氨基酸，220KD核内磷酸化蛋白，有锌指区，提示可调节基因表达。肿瘤：家族性乳腺癌和卵巢癌功能：DNA结合区：转录调控与Rad51相互作用，修复双链DNA断裂BRCA2：13q21编码3418个氨基酸肿瘤：男女性乳腺癌，胰腺癌等功能：有DNA结合区：转录调控与Rad51相互作用，修复双链DNA断裂,BRCA1andBRCA2,BRCA1functionsTranscriptionfactor:involvedintheregulationofoestrogenreceptoractivityandrelatedtothecontrolofoestrogeninducedproliferationofbreasttissue.DNArepair:homologousrecombinationandrepairoftranscription-coupledoxidation-inducedDNAdamage.Cell-cyclecheckpointcontrol:interactswithRB,ESF1andp53.Chromatinremodelling.BRCA1domainsTheRING-fingerdomainisaproteinprotein-interactiondomain,andbindsBRCA1-associatedRINGdomain1(BARD1).Thecarboxy-terminalBRCTdomainisnecessaryforBRCA1sfunctioninDNArepairandtranscriptionalactivation.Thehighlightedmutations(denotedby*)arethetwocommonfoundermutationsfoundinAshkenaziJews.,BRCA1andBRCA2,BRCA2functionsDNArepair:homologousrecombination.Cell-cyclecheckpointcontrol:interactswithp53.Chromatinremodelling.BRCA2domainsExon11containsboththeovariancancerclusterregion(OCCR)andeightBRCrepeats,whicharerequiredforbindingtoRAD51.Mutationsinthisregionareassociatedwithagreaterriskofovariancancerandalowerriskofbreastcancerthanaremutationsoutsidethisregion.Thehighlightedmutations(denotedby*)arethecommonfoundermutationsfoundinAshkenaziJewsandinIceland.,Factorsthatmodifyriskofbreastorovariancancer,NCOA3.Nuclearreceptorcoactivator3(alsoknownasamplifiedinbreastcancer1,AIB1)RAD51isinvolvedintherepairofdoublestrandDNAbreaks,andinteractswithbothBRCA1andBRCA2.TAMOXIFEN.Oneofagroupofantioestrogenicdrugs.Actsbyblockingoestrogensignallingbybindingtotheoestrogenreceptor.HRAS.Anon-codingpolymorphismoftheVNTR(variablenumberoftandemrepeats)typeissituatedonekilobasedownstreamoftheHRASproto-oncogeneonchromosome11.,PTEN/MMAC1/TEP1,PTEN(phosphateandtensionhomologydeletedonchromosome10,PTEN)又称为MMACI(mutatedinmultipleadvantedcancer1)和TEPI(TGF-regulatedandepithelialcell-enrichedphosphatase)PTEN：10q23.39个外显子编码403个氨基酸兼有酪氨酸磷酸酶(PTP)和双重特异性磷酸酶(DSP)结构模体,可以使磷酸化的Tyr、Ser、Thr都去磷酸化，抑制肿瘤发生、发展。PI3.4.5P3PI-4.5P2,PTEN,PTEN与细胞骨架蛋白中的张力蛋白(tensin)和辅助蛋白(auxilin)具有同源性。对细胞迁移、铺展、聚焦粘附活动的抑制作用,等位基因缺失：纯合性丢失：胶质母细胞瘤，前列腺癌等有15%。基因突变：缺失突变，错义突变，无义突变，mRNA剪接突变，突变一般在等位基因杂合性缺失基础上发生。胶质母细胞瘤、子宫膜癌：突变率可达30-40%。前列腺细胞株：突变75100%甲基化：前列腺癌，晚期明显。,考登综合征(cwden病,CD），BZS(Bannayan-Zonana或Bannayan-Ruvalcabu)80%存在LOH和基因突变。,转移抑制基因(MetastasisSuppressorgene),肿瘤的转移与转移基因激活或转移抑制基因失活有关，是多种转移相关基因及转移抑制相关基因综合作用结果.Soble认为凡是能抑制肿瘤转移形成的基因均可命名为转移抑制基因。肿瘤转移抑制基因主要是抑制肿瘤细胞的转移表型,丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK）。MAPK通路的基本组成是一种从酵母到人类都保守的三级激酶模式，包括MAPK激酶激酶（MAPkinasekinasekinase，MKKK）、MAPK激酶（MAPkinasekinase，MKK）和MAPK，这三种激酶能依次激活，共同调节着细胞的生长、分化、对环境的应激适应、炎症反应等多种重要的细胞生理/病理过程,nm23基因,一、nm23基因及表达产物,人基因组中存在两个nm23基因，即nm23-H1，和nm23-H2，都定位于17q21.3-22，受两个独立的调控系统所调节。编码152个氨基酸组成的17KD蛋白，其中nm23-H1和nm23-H2的氨基酸序列同源性达88%,nm23-H2是myc的一个重要调节基因，nm23丧失有助于细胞永久生存.,二、nm23功能,nm23-H1蛋白是个转录因子。nm23蛋白改变.可使微管聚合异常而引起减数分裂时纺缍体的异常，导致癌细胞染色体非整倍体的形成，促进肿瘤的发展，还可能通过影响细胞骨架而引起细胞运动，参与浸润转移过程和发育过程.,nm23已在胃癌、骨肉瘤、膀胱癌、乳腺癌、肠癌等具有转移潜能的肿瘤细胞中呈低表达，在大肠癌中nm23在低表达与肿瘤状态和远距离转移紧密相关nm23编码的产物具有抑制肿瘤转移功能，nm23在分化良好的肿瘤中呈高水平表达，且nm23基因表达与淋巴结转移呈负相关，与无病生存期，整个生存期呈正相关，因此检测nm23基因的表达高低，可作为判断肿瘤有无转移的一个重要指标.,三、nm23基因与肿瘤转移,癌基因与抑癌基因的特性比较,癌基因与抑癌基因的相互作用,癌基因与抑癌基因这两类似乎是作用矛盾的基因之间的精细平衡控制着细胞的生长，它们在癌生成中的相互作用DNA肿瘤病毒的癌基因蛋白质灭活Rb和p53抑癌基因蛋白质mdm2及p53自家调节反馈途径c-myc和Rb的复合作用Waf/cip1抑癌基因调节CdksNF1抑癌基因与ras癌基因的本互作用,MicroRNAsasoncogenesandtumorsuppressors,微小RNA(microRNA，miRNA)是生物体内源长度约为2023个核苷酸的非编码小RNA，通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，导致mRNA的降解或翻译抑制。,miRNAbiogenesisandsilencingmechanisms.miRNAsareinitiallytranscribedaslongprimarymiRNAs(pri-miRNAs)andcleavedathairpin-stemsbytheDrosha/DGCR8microprocessorcomplex,resultinginpre-miRNAsinthenucleus.Afternuclearexport,pre-miRNAsarecleavedintomiRNAduplexesbyDicer/TRBP,andtheguidestrandoftheduplexesisincorporatedintoRISC.Thesetwostepsmaybecou