癌基因与癌课件

1、1 第五章癌基因与癌 第一节 肿瘤细胞的特点肿瘤细胞的特点 (1)无限生长（Immortalization），这和生长 控制发生改变有关。 (2)转化（transformation），失去了生长的 正常抑制，例如不受生长因子的支配。 (3)转移（metastasis）,癌细胞具有侵袭正常 组织的能力,可以从原来的组织转移到其他 的组织,在那建立新的克隆。 2 正常细胞与癌细胞比较 3 原代培养细胞（血清依 赖,接触 抑制 ,有限寿命） 癌细胞 体外细胞培养 生长转化过程 确立细胞系 (永生化) 极限(大部分细胞 死亡，少数存活) 转化(失去血清依 赖、接触抑制；形 态改变、聚集，长 成病灶)

2、转移癌细胞转移 到别的组织，产 生新的克隆 4 确立细胞系: （1）贴壁依赖性贴壁依赖性（Anchorage dependence）细 胞附着在固体基质或薄膜的表面。 （2）血清（或生长因子）依赖性血清（或生长因子）依赖性（serum or growth facto dependence） （3）密度制约抑制密度制约抑制 （Density-dependent inhibition） (4） 细胞骨架的形成细胞骨架的形成 （cytoskeletal organization）。细胞是扁平 的，而且延着附着基质的表面沿伸。 5 外因：外因：物理致癌因子（ 高能辐射） 化学致癌因子（ 环状化合物，亚

3、硝酸等） 生物致癌因子（肿瘤病毒,黄曲霉素） 内因：内因： 蛋白质功能水平上的病毒活性， 重要的生长调节基因的突变，如激素 控制细胞生长的机制被破坏。 2 . 2 . 癌症的发生原因癌症的发生原因 6 第二节第二节 癌基因和抗癌基因癌基因和抗癌基因 癌基因癌基因（oncogene） 转化基因转化基因（transforming gene） 细胞癌基因细胞癌基因（cellular orcogene,c-onc） 原癌基因原癌基因（proto- oncogene） 病毒癌基因病毒癌基因（virus oncogene,v-onc） 7 一一. .癌基因癌基因 癌基因癌基因是有潜在的促发肿瘤肿瘤 发生发

4、生活性的基因，最早在肿肿 瘤病毒瘤病毒中发现。到目前为止， 发现的癌基因己有100多个。 1911年P.Rous发现了Rous肉瘤病毒,（Rous sarcoma virus）。 1969年美国的Huebner,R.I.和Todaro,G.I提出了癌基 因假说。 8 1970年H.Temi和Dulbecco发现致癌的 RNA病毒中存在反转录酶，提出了原病 毒假设，认为RNA病毒通过反向转录和 正向转录以及与宿主细胞DNA发生交换 或重组，能形成癌基因。 1976年H.Evarmus和J.M.Bishop发现鸟类 肉瘤病毒中含有致癌基因。被命名为病病 毒癌基因毒癌基因(virus oncogen

5、e v-onc)。 80年代初通过很多实验证实了癌基因的 存在。 9 DNA肿瘤病毒：致癌潜能存在于一种功 能或一组相关的功能之中，这些功能在 病毒裂解周期的早期就被激活。当转化 发生时，相应基因整合到宿主的基因组 中，并且呈组成型表达。（癌基因的组 成型表达产生了癌蛋白。） RNA反转录病毒：病毒的致瘤性并不依 赖它的癌基因，而是在于它激活了细胞 内原癌基因的表达。 10 DNA肿瘤病毒 转化病毒多为ssDNA病毒，癌基因能编码病 毒本身所需的蛋白。 如:SV40的T抗原; 人乳头瘤病毒 (human papillomavirus ，HPV) 的E7抗原; 腺病毒的E1A，E1B抗原 转化病

6、毒带有癌基因,其产物可使肿瘤抑制物 失活。即减弱抗癌基因的功能。 11 一些DNA 病毒感染宿主细胞后 不发生裂解， 而是 潜伏在细胞中，并整 合到宿主基因组中， 表达病毒癌蛋白， 引起宿主细胞转化。 如： 多瘤病毒家族 （SV40)，人乳头瘤 病毒家族，腺病毒家 族。 12 DNA病毒通过合成病 毒癌蛋白，引起细胞转化。 许多新的肿瘤抑制 基因是在病毒癌蛋白与宿主 TSG蛋白相互作用的研究中被 发现的。 13 RNA反转录病毒 RNA反转录肿瘤病毒分为急性和慢性两种。 慢性肿瘤病毒是野生型反转录病毒，不 带有癌基因。 急性肿瘤病毒是缺陷型反转录病毒，在 其基因组中带有来源于动物的癌基因(v-

7、 onc)。v-onc的功能和突变的原癌基因相 似。 慢性肿瘤病毒是依赖LTR中的强启动子 （增强子）作用细胞癌基因，诱发癌变。 14 癌基因被慢性肿瘤病毒激活癌基因被慢性肿瘤病毒激活 与急性转化反转录病毒直接转导 一高活性病毒癌基因到宿主基因组中不 同，慢性RNA肿瘤病毒通过整合到正常原 癌基因附近， 使其被病毒中长末端重复 序列所激活。 感染较长时间后病毒才启动肿 瘤发生。 15 增加转录增加转录 病毒整合在正常原癌基因附近使原癌基因激活, 如 c-myc. 16 插入c-myc 基因不同位 置的 鸟类白血病病毒 (avian leukosis, ALV) 通过通读来打开编码的 外显子 病

8、毒增强子偶 尔作为启动子，录 转编码区 在下游插入的ALV 其增强子激活c-c- mycmyc的启动子 17 RNA肿瘤病毒在反转录酶的催化下，复制和整合到 核基因组中 18 反转录病毒的癌基因起源于动物 (1)各种动物的c-onc其数目和位置比较固定， 而反转录病毒中的v-onc数目和位置是不固 定的。 (2)线虫（C.elegans）和果蝇等动物并不被反 转病毒所感染，但这些动物的基因组中也 具有与高等动物癌基因同源的基因； (3) c-onc中发现有内含子，而反转录病毒的癌 基因（v-onc）则无内含子。 (4)动物的c-one可为反转录病毒所转导。 19 胞内胞内TyrTyr激酶激酶

9、膜结合蛋白，胞液蛋白 Ser/ThrSer/Thr激酶激酶 胞液蛋白 信号分子信号分子 调节物 转录因子转录因子 Leu拉链蛋白，转录 因子，甲状腺激素受体 生长因子生长因子 分泌蛋白 生长因子受体生长因子受体 各种受体激酶，受体 G-G-蛋白蛋白/ / 信号传导信号传导 GTP结合蛋白 癌 基 因 的 类 型 20 二抗癌基因二抗癌基因（antioncogene） 又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、 隐性癌基因隐性癌基因。是一种抑制细胞生长和肿瘤形成 的基因。在生物 体内与癌基因功能相抵抗，共 同保持生物体内正负信号相互作用的稳定。 已发现10种抗癌

10、基因抗癌基因,如如RB基因 (Retinoblastoma 视网膜母细胞瘤)，p53 基因 许多TSGs产物是细胞周期调节因子或是生 长相关基因的转录抑制子。它的非活性形式能 促进肿瘤生长。 21 TSGs的正常功能是限制细胞生长， 作用主要有: (1)调节细胞生长. (2)维持基因稳定. (3)触发衰老，诱导细胞程序性死亡. (4)诱导终末分化. (5)抑制和调节蛋白酶活性. (6)改变DNA甲基化酶活性. (7)调节血管形 成. (8)促进细胞间联系. 一个生长转化细胞可通过与正常的细 胞融合而得到恢复。 22 Kundson早在1971年提出著名的 “ 二次突变假 设（two mutat

11、ion hypothsis）”。 后来遗传学家发现家族性患儿的体细胞中13号染 色体存在缺失（13q14），表明该区域可能存在 与视网膜母细胞瘤发生有关的基因RB。 Sparkes(1980)将RB基因定位于13q14。 Benedict（1983）提出位于13q14的RB的一对 等 位基因均失活才会产生该肿瘤。表明RB是以隐 性方式起作用。 Stephe等（1986）开始构建了人的13号染色体 的噬菌体文库，其中1.5Kb的DNA片段和RB有 关。 23 接着又分离到一个30Kb的cDNA片段，用 此片段可检测到13q14带70Kb区域的基因。 同年眼科专家Dryja发现RB失活时可以致 瘤

12、，杂合子（RB+/RB-）易被诱变而失活； 他还发现经眼球摘除手术能存活下来的 患儿长大后易患成骨肉瘤，乳腺癌和小 细胞肺癌。 1986年Friend将13q14位点的Rb经cDNA克 隆制成各种探针，检查很多例骨肉瘤和 组织肉瘤患者发现约50%的患者RB基因 纯合缺失。 24 1987年Stanbridge等分离了人类13号 染色体，将它注入培养的成骨肉瘤 细胞中，结果导致了癌细胞逆转， 同年李文华把RB转化到培养的癌细 胞中使其逆转。 更进一步证明了RB的抑癌作用。他 克隆了RB全长的cDNA，发现其产物 是一种长928氨基酸，分子量是105 kD的蛋白质。 25 RB的分子功能： (1)

13、 RB产物可抑制部分致癌蛋白。 主要是可以和肿瘤抗原相互作用： SV40 T抗原，腺病毒E1A抗原，人类乳 头瘤病毒E7抗原，可结合到RB的 379792残基区域。 (2)RB还有抑制细胞增殖的作用。 26 在细胞周期中在细胞周期中RBRB磷酸磷酸 化受到调控化受到调控 G0/G1 去磷酸化， G1末至G2末被细胞周 期蛋白CDKCDK复合物磷 酸化。 非磷酸化的RB可 结合转录因子E2F及 许多肿瘤抗原。 肿瘤抗原肿瘤抗原(SV40T,Ad (SV40T,Ad E1A)E1A)和和RBRB结合结合 27 28 RBRB 位于13q14， 编码视网膜母细胞视网膜母细胞 瘤蛋白瘤蛋白 RB，能结

14、 合肿瘤抗原,（SV40 T抗原）调控细胞周 期， 抑制细胞增殖， 最早在视网膜母细 胞瘤的研究中被发 现。 29 P53 p53蛋白是一种肿瘤 抑制物，一半以上的癌变都与 P53的缺失或突变有关。 p53蛋 白是四聚体， 突变具有显性失活的效应 30 野生型限制细胞 生长 缺乏p53细胞生长 不受控制 突变亚基因阻碍 四聚体功能，细 胞生长不受限制 P53P53等位基因的缺失或突变等位基因的缺失或突变 都可使细胞生长不受限制都可使细胞生长不受限制 31 DNA的损伤激 活p53,在细胞周期不 同阶段引起不同结果： 早期： 阻止细胞周 期前进直到损伤修复。 晚期： 引发细胞凋 亡。 辐射 32

15、 p53的功能: （1）一种可能是野生型p53与细胞中某些T抗 原的类似物结合，抑制了它们的活性; （2）p53也是一种DNA结合蛋白，它能识别长 10bp两侧对称的基序，并激活含多拷贝这 种基序的启动子的转录。 (3)在有的座位上它可能阻遏其靶基因。 (4) p53通过调节基因的表达来控制细胞周 期，缺乏这种调节就会导致细胞无限制生 长。 (5) p53突变具有显性失活的效应。 33 P53有多种分子活性P600-601 (1)p53是一种DNA结合蛋白(转录因子)，可识 别10bp的回文基序,其第120-290位氨基酸的区 域负责与特定靶顺序的结合。 (2)可激活含多拷贝基序启动子转录。p

16、53还可 以阻遏某些不含有以上基序的基因，其机制不 明。 (3) p53也能和损伤的DNA结合（第310-390 位），此C-端的功能区可以识别单链DNA区。 (4) p53是四聚体，其突变体具有的显性失活调 控的作用。 34 p53蛋白与 抑制有关 的各功能 区的活性 35 第三节第三节 癌基因产物的结构，功癌基因产物的结构，功 能和细胞癌变能和细胞癌变 一 . src基因 src的产物p60src具有TPK（酪氨酸蛋白激酶） 活性，与细胞的增殖和转化有关。Src蛋白有 四个结构域： （1）N端十四烷基化位点是和膜结合的位点 （2）SH2（src homology region-2）结构域。

17、 (3) 416位Tyr和自身磷酸化有关。 (4) 而527位Tyr的磷酸化位点。 36 37 Inactive receptor Activated receptor has Has unphosphorylated phosphorylated SH2-binding domain SH2-binding domain Fig. Phosphorylation of tyrosine in an SH2 - binding domain creates a binding site for a protein that has an SH2 domain Tyr SH2-bionding

18、site Tyr Tyr P P SH2 domain binds to SH2 phosphorylated tyrosine Src SH2 Src 38 一、src基因 产物p60src蛋白具有TPK（酪氨酸激酶 活性） 膜结合 调控 催化 抑制 N C SH2结构域 416 Tyr自身磷酸化 527Tyr自身磷酸化 39 胞内胞内TyrTyr激酶激酶 膜结合蛋白，胞液蛋白 Ser/ThrSer/Thr激酶激酶 胞液蛋白 信号分子信号分子 调节物 转录因子转录因子 Leu拉链蛋白，转录 因子，甲状腺激素受体 生长因子生长因子 分泌蛋白 生长因子受体生长因子受体 各种受体激酶，受体 G-G

19、-蛋白蛋白/ / 信号传导信号传导 GTP结合蛋白 癌 基 因 的 类 型 40 二. c-erbB产物的结构和功能 c-erbB编码EGF受体是一种分子量为65KDa 的跨膜蛋白，由1186个氨基酸组成。 膜外的部分（621aa）是EGF结合功能区。 前面有24aa构成的信号肽。 跨膜区由23个疏水氨基酸组成。 膜内部分由542aa组成。其中包括4个磷酸化 位点和一个TPK功能区。 4个磷酸化位点中有一个是紧靠膜内侧的654 位Thr，其余3个位于1068，1148和1173Tyr 自身磷酸化位点。 41 平截 c c-erbB-erbB : c-erbB 编码表皮 生长因子受体。N端为配体

20、结合结构域， C端为抑制结构域。 v-erbB 的两端被截短，使受体在无配 体的存在下就形成二聚体，并持续激 活，使细胞生长不受控制。 42 erb-B的结构 膜外结合功能区 23aa 膜内催化功能区 621aa 542aa 信号肽 跨膜区 Thr(654) Tyr Tyr Tyr 1 24 551 621 644 694 940 1068 1148 1173 1186aa EGFR N 端 16 74 99 150 蛋白激酶结构域 396 611 615 C 端 v-erb B 图 19-13 erb-B 癌基因产物(下)与表面生长因子受体(EGFR)(上)的结构比较 43 44 c-erb

21、Bc-erbB 编码编码EGFEGF受体，受体， 具有酪氨酸蛋白激酶具有酪氨酸蛋白激酶 活性。活性。 生长因子受体的激活涉及配基的结合，二聚体的 形成及自身磷酸化， V-erB丢失了配基结合域，不受N端功 能区的抑制而组成型激活。 45 三三c-sis产物的结构与功能产物的结构与功能 c-sis的产物是一种分泌蛋白 1983年发现了血小板生长因子 （PDGF）与猿猴肉瘤病毒转化蛋白 p28具有结构的相似性。 46 47 四四ras原癌基因可能因突变而被激活原癌基因可能因突变而被激活 在人和大鼠的基因组中相应的c-ras(N-ras,H- ras和K-ras)虽定位在不同的染色体上，但产 物相似

22、，分子量约为21KDa，统称为p21ras。 V-Ras和C-Ras结构相似，仅少数的几个氨基 酸不同。 48 ras 第一个被证实由于点突变而引发癌症的基因 （ 1982，Tabin C J and Reddy E P)。 Ras 蛋白结构： 5 22 30 40 109 120 186 N C GDP/GTP结合区 效应区效应区 膜结合膜结合 水解GTP活性 作用于靶分子 带有GTP的Ras是活性的，而内在的GTPase 活性使GTP 水解成GDP，而结合GDP的Ras则失活， GAP （GTP酶激活蛋白）以及 SOS（鸟苷释放因子） 可调节Ras 蛋白活性。 49 效应区 Cys 5 2

23、2 30 40 109 120 186 aa N C GDP/GTP 结合区，突变可 十六烷酸 激活原癌基因 负责膜的附着 图 19-16 Ras 蛋白的结构。(仿 B.Lewin:GENES ,1997, Fig .35.20) 50 Ras-GTP is converted to Ras-GDP after activating its effector Ras Ras GTP GDP Inactive active effector effctor Pi Ras is inactivated by GAP Ras GTP GAP Ras-GAP stimulates hydrolysis

24、 of GTP Ras is activated by SOS (GNRF) Ras SOS GDP GTP Grb2 SOS stimulates Ras to exchange GDP with GTP Fig.19- The relative amounts of Ras-GTP and Ras-GDP are controlled 51 12 59 61 c-Ha-ras 正常细胞 GGC/Gly GCC/Ala CAG/Glu 膀胱癌 GTC/Val GCC/Ala CAG/Glu 肺 癌 GGC/Gly GCC/Ala CTG/Leu Ki-ras 正常细胞 GGT/Gly GCA/Ala CAA/Glu 肺 癌 TGT/Cys GCA/Ala CAA/Glu 结肠癌 GGT/Gly GCA/Ala CAT/His N-ras 正常细胞 GGT/Gly GCT/Ala CAA/Glu 神经母细胞瘤 GGT/Gly GCT/Ala AAA/Lys 肺 癌 GGT/Gly GCT/Ala CGA/Arg 图 19- ras 基因的点突变和肿瘤 52 癌基因激活的机制：癌基因激活的机制： 点突变点突变 c-ras： Ras 是GTP