信号转导与肿瘤-1

1、outlinen细胞信号转导与肿瘤n细胞周期与肿瘤n细胞凋亡与肿瘤n细胞分化与肿瘤n肿瘤免疫n肿瘤细胞浸润和转移 2014研研 2014年年12月月一、概述一、概述n信号转导的基本概念：细胞外因子与受体结信号转导的基本概念：细胞外因子与受体结合，所引发的一系列细胞生物化学反应的过合，所引发的一系列细胞生物化学反应的过程。程。n信号转导与肿瘤的关系：癌基因与抑癌基因信号转导与肿瘤的关系：癌基因与抑癌基因的发现，人类对信号传导的认识不断完善和的发现，人类对信号传导的认识不断完善和丰富丰富 二、信号转导的作用二、信号转导的作用n细胞间通讯（细胞间通讯（cell-cell conmunication）

2、n细胞对环境的反应（细胞对环境的反应（ cells response to environment）n维持细胞内平衡维持细胞内平衡 （intracellular homeostasis）n配体配体 ligandn受体受体 receptorn衔接子衔接子 adaptorn级联模块级联模块 cascadesn效应因子效应因子 effectorn细胞反应、基因表达模式改变细胞反应、基因表达模式改变三、信号转导的基本组成三、信号转导的基本组成（一）配体（一）配体（Ligand）能够与某一分子特定位点特异性地结合并能能够与某一分子特定位点特异性地结合并能引起相应分子发生结构及活性改变，从而传引起相应分子

3、发生结构及活性改变，从而传递外来信号的分子。递外来信号的分子。nPeptide/proteinsnAmino acid derivatives-histaminenBiomolecules- ATP, acetylcholinenSteroids-prostaglandinsnGases-Nitric Oxide (NO)nDamaged DNAnPhotons、Ca2+nOthers heat/touch/magnetic/electric（二）配体的种类（二）配体的种类-lagand（三）配体的性质（三）配体的性质n大多数是亲水性的（大多数是亲水性的（hydrophilic）, 不能透不能

4、透过脂质双分子层，直接进入细胞内。如：过脂质双分子层，直接进入细胞内。如：Peptide/proteins。n仅需少量的配体分子能产生显著效应仅需少量的配体分子能产生显著效应n少数疏水性的（少数疏水性的（hydrophobic）配）配体可以穿体可以穿透细胞膜进入细胞质和细胞核，如：甾类透细胞膜进入细胞质和细胞核，如：甾类激素，激素，NO等。等。（四）受体的种类（四）受体的种类nG蛋白偶联受体蛋白偶联受体（G protein coupled receptor）n粘附分子受体粘附分子受体(adhesion molecules receptor)n酶偶联受体酶偶联受体(enzyme-linked r

5、eceptor)n离子通道偶联受体离子通道偶联受体(ion channel-linked receptor)n核受体核受体(nuclear receptor)四、肽类与蛋白配体四、肽类与蛋白配体 Peptide/proteins参与的细胞内信号通路参与的细胞内信号通路n生长因子生长因子 与生长因子受体（receptor）结合，家族性n细胞因子细胞因子 白细胞介素、干扰素n抗原、抗体抗原、抗体n粘附分子粘附分子细胞外基质（细胞外基质（ECM），）， 纤粘连蛋白（fibronectin）; 层粘连蛋白（laminin）； 胶原蛋白（collagen）细胞间粘附分子细胞间粘附分子 钙粘蛋白（E-ca

6、dherin）n多数生长因子及细胞因子的受体，单次跨膜蛋白多数生长因子及细胞因子的受体，单次跨膜蛋白 形成庞大的家族形成庞大的家族n胞外与配体结合，形成胞外与配体结合，形成2聚体，导致胞内受调控激活酪聚体，导致胞内受调控激活酪氨酸激酶活性，产生磷酸化位点氨酸激酶活性，产生磷酸化位点n细胞内多结构域衔接蛋白或具有酶活性的蛋白能识别并细胞内多结构域衔接蛋白或具有酶活性的蛋白能识别并结合磷酸化位点，产生近膜信号复合体，并传导到下游结合磷酸化位点，产生近膜信号复合体，并传导到下游产生级联反应产生级联反应n常常影响增殖、存活、分化、凋亡等。常常影响增殖、存活、分化、凋亡等。（一）受体酪氨酸激酶（一）受体

7、酪氨酸激酶(RTK)介导的信号通路介导的信号通路（二）（二）RTK下游信号转导分子的基本信号模块下游信号转导分子的基本信号模块细胞因子介导的信号转导的核心反应细胞因子介导的信号转导的核心反应-蛋白质磷酸化通用反应模式蛋白质磷酸化通用反应模式（二）（二）RTK下游信号转导分子的基本信号模块下游信号转导分子的基本信号模块（三）近膜信号转导复合体的组装（三）近膜信号转导复合体的组装（四）（四）EGFR与配体结合及激活与配体结合及激活（五）（五）EGFR 家族及信号传递模式家族及信号传递模式nEGFR(ErbB1), ErbB2/HER2/neu, ErbB3/HER3, ErbB4/HER4nErb

8、B, is derived from the name of a viral oncogene to which these receptors are homologous: Erythroblastic Leukemia Viral Oncogene.nEGF结合到结合到EGFR导致受体二聚体化，激活内在导致受体二聚体化，激活内在的的PTK(tyrosine)活性从而发生自主磷酸化活性从而发生自主磷酸化n募集细胞内信号分子到磷酸化位点形成信号复合募集细胞内信号分子到磷酸化位点形成信号复合体体EGFR Tyr磷酸化位点及其相互作用蛋白磷酸化位点及其相互作用蛋白TKTKTKerbB1HER1E

9、GFRerbB2HER2neuerbB3HER3erbB4HER4No specific ligands - often acts as dimer partnerHeregulinsNRG2NRG3Heregulins-cellulinEGF, TGFa a , , b b CellulinAmphiregulin, HB-EGFHuman Epidermal Growth Factor Receptor FamilyTKIntracellular DomainTransmembrane Domain Extracellular DomainEGFR StructureTKTKTKTKerb

10、B1HER1EGFRerbB2HER2neuerbB3HER3erbB4HER4EGFR Homo DimerisationEGFR Stimulation & dimerizationTKTKTKerbB1HER1EGFRerbB2HER2neuerbB3HER3erbB4HER4Hetero DimerisationRisk for cancerEGFR stimulation contTKEGFR Function in Normal CellTKATPATPCell ProliferationAntiapoptosisAngiogenesisGene Transcription

11、Cell Cycle Progression+TKTKEGFR signal transduction in tumour cellsSurvival(anti-apoptosis)PI3-KSTAT3AKTPTENMEKGene transcriptionMAPKProliferation/maturationChemotherapy /radiotherapyresistanceAngiogenesisMetastasispYpYRAS RAFSOSGRB2pYG1SMG2Other mechanisms of EGFR stimulationnThrough GPCR activatio

12、nnThrough Ca2+Dependent pathway nThrough Steroid hormone receptorMMPSrcRasMAPKCa+PPerbB Ligand Gene Transcription+HB-EGFSteroidhormoneSteroid hormone receptorG proteinBreast 14 % - 91 %Colon 25 % - 77 %Lung Cancer 40 % - 80 %(Non small cell)Ovarian 35 % - 70 %Pancreatic 30 % - 50 %Head & Neck 80

13、 % - 95 %EGFR Expression RateTumorThe abnormal expression of EGFR in tumor TKTKTKTKStrategies to inhibit EGFR signaling EGFR tyrosine kinase inhibitorsAnti-EGFR mAbsAnti-ligand mAbsBispecificAbsImmune effector cellATPDrugs developmentGefitinibErlotinibHighly selective, potent & reversible EGFR T

14、yrosine Kinase Inhibitor Cetuximab Monoclonal Anti EGFR antibodya chimeric (mouse/human) monoclonal antibodyTrastuzumab (marketed as Herceptin)H 447MDX 210Bispecific Anti EGFR antibody linked to Anti CD 64EGFR靶向药物敏感性评估Gefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞EGFR mutation相关del E746-A750 L858RGefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞EGFR 家族蛋

15、白表达水平相关肺癌细胞系肺癌细胞系乳腺癌细胞系乳腺癌细胞系上皮癌上皮癌Gefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞oncogene addictionAchilless heelGefitinib 药物敏感性与肿瘤细胞oncogene addiction是指癌症细胞的生存特异性地依赖某个癌基因，是指癌症细胞的生存特异性地依赖某个癌基因，因此对其抑因此对其抑 制剂异常易感。制剂异常易感。 in which tumor cells become reliant on the activity of a particular oncogene and die once its activity is i

16、nhibited. This definition was first introduced by Bernard Weinstein in 2000, with particular reference to the observation that some cyclin D-overexpressing cancers reverse their malignant phenotype upon cyclin-D depletion by means of RNA interference (RNAi; Weinstein, 2000; Weinstein, 2002). 已发现的具有已

17、发现的具有oncogene addiction的分子有： Myc/Ras/ABL/HER2/EGFRAgenetic streamliningtheory Boncogenic shock model Csynthetic lethal modelP五、受体酪氨酸激酶（五、受体酪氨酸激酶（RTK）活性衰减及终止）活性衰减及终止是信号转导中重要的反馈调节过程是信号转导中重要的反馈调节过程n仅需少量的信号分子能产生显著表型效应仅需少量的信号分子能产生显著表型效应n信号来源多种多样、细胞内参与转导的分子多种多样信号来源多种多样、细胞内参与转导的分子多种多样（ligand、receptor、secon

18、d messenger）n贯穿细胞生长、分化、衰老、死亡贯穿细胞生长、分化、衰老、死亡n可通过信号转导模块（级联反应）迅速放大信号，产生快可通过信号转导模块（级联反应）迅速放大信号，产生快速效应，影响细胞广泛生理生化及表型改变，包括基因表速效应，影响细胞广泛生理生化及表型改变，包括基因表达模式和水平达模式和水平n信号转导的特异性和网络信号转导的特异性和网络n信号产生的起始活性能够在较短时间内通过负反馈机制得信号产生的起始活性能够在较短时间内通过负反馈机制得以回复。以回复。六、信号转导的基本特征六、信号转导的基本特征七、信号转导模块的特异性和保守性七、信号转导模块的特异性和保守性nMAPK（mi

19、togen-activated protein kinases ）MAPK信号转导模块具有特异性和保守性信号转导模块具有特异性和保守性信号转导与肿瘤信号转导与肿瘤一、编码信号蛋白的原癌基因一、编码信号蛋白的原癌基因 Growth factor PDGF-v-sis Receptor tyrosine kinase EGFR -erb-B Serine/ Threonine Kinases c-Raf akt Non-receptor Tyrosine Kinase src abl v-src small G proteins K-Ras, N-Ras , H-Ras-v-ki-ras Tran

20、scription facors c-myc beta-catenin fos jun（一）（一）Constitutively Active Cytoplasmic Protein Kinase v-Src（二）（二）Family of Epidermal Growth Factor Receptors 在多种肿瘤中发生在多种肿瘤中发生Mutation：Glioblastomas、Squamous cell carcinomas、Breast & Ovarian Cancers (ERB-B2, also known as Neu-2)点突变点突变Approximately 10% o

21、f patients with NSCLC in the US and 35% in East Asia have tumor associated EGFR mutations 1.缺失突变缺失突变Cancer typeNameDomain affectedMutation type Biochemical traitsReferenceGBMEGFRvIExtracellularDeletionND34EGFRvIIExtracellularDeletionND28 104EGFRvIIIaExtracellularDeletionBasal dimer formation, basal

22、kinase activity20, 28,34 38EGFRvIVCarboxyl tailDeletionPredicted basal kinase activity20, 28,30 31EGFRvVCarboxyl tailDeletionND20 and 28EGFR TDMKinaseDuplicationBasal kinase activity, escapes down regulation28 and 32EGFR在成胶质细胞瘤 glioblastoma发生的突变类型EGFR在非小细胞肺癌NSCLC发生的突变类型NSCLC746-759bKinaseDeletionBas

23、al kinase activity105 and 106L858RcKinase activation loopPoint mutationBasal kinase activity105 and 106G719SccKinase nucleotide-binding loopPoint mutationBasal kinase activity105 and 106T790MKinasePoint mutationConfers reversible TKI resistance, increases basal activity76D770InsNPGKinaseInsertionBas

24、al kinase activity, confers reversible TKI resistance106NSCLC中EGFR突变主要集中于外显子18-21，对于TKI敏感Growth Factor Receptor MutationEGFR - Variant IIIEGFR Wild TypeNo extracellular domainPresentLigand cannot bindCan bindTK constitutively activeTK activated by ligand bindingCannot dimeriseCan dimeriseNot found i

25、n normal cellsFound normallyMore propensity for cancerUp regulation leads to cancerHow EGFR variant differs from the wild typeTrkA 突变、易位：突变、易位： 结肠癌，结肠癌，AML（Acute Myeloid Leukemis），）， 乳头状甲状腺癌乳头状甲状腺癌 Translocation and Bcr-Abl fusion in CMLTranslocation and Bcr-Abl fusion in CML原癌基因激活方式原癌基因激活方式n点突变 (mu

26、tation) k-rasn缺失 (deletion) src egfr n扩增(amplification) c-mycn易位 (translocation) abl trk A肿瘤发生及恶性演化不同阶段的信号分子肿瘤发生及恶性演化不同阶段的信号分子依赖性差异依赖性差异n乳腺癌ER依赖性及非依赖性ntamoxifen (Nolvadex), 用于封闭ER，作为ER的选择性调节子；naromatase inhibitor（AIs），直接抑制ER合成过程的最后一步，从而减少ER表达n前提条件是乳腺癌显示ER+nHER2（EGFR） antibody的应用是基于HER2的扩增及过表达在乳腺癌发生中

27、的作用可作为设计抗肿瘤药物靶点的信号蛋白可作为设计抗肿瘤药物靶点的信号蛋白可作为设计抗肿瘤药物靶点的信号蛋白可作为设计抗肿瘤药物靶点的信号蛋白STI-571 against Bcr-AblnTwo Broad GroupsnG ProteinsnRas SuperfamilynThey are molecular switches that regulate numerous physiologic processes.nTwo states:nOn when bound to GTPnOff when bound to GDP Ras家族蛋白家族蛋白Rap2的结构域示意图，摘自沈春雯论文的结

28、构域示意图，摘自沈春雯论文Ras subfamily: H-Ras、 K-Ras、 N-Ras Rap1a, Rap1b, Rap2aRap2b,Rap2cRas 信号通路信号通路Ras activation mechanismRas的信号网络及调控的信号网络及调控Ras调控因子的一致序列调控因子的一致序列Ras活性检测活性检测-时空特异性激活时空特异性激活Frster (Fluorescence) resonance energy transfer (FRET)GSTAgaroseGEFRas活性检测活性检测-GST pull downGSTAgarose与与Ras信号通路相关的致癌突变信号

29、通路相关的致癌突变nSome mutations cause a loss of the GTPase activity The protein is constitutively active because remains bound to GTPnTree mutation hot spot （H-Ras G12，G13， K-Ras E61）nAlso inactivation of GAP may leave Ras constitutively bound to GTPnIn human cancers, virtually all Ras mutations are ones t

30、hat impair GTPaseMutation siteK-RasN-RasH-RasG128624.454G131312.79E6116034.5other02.92.5Ras isoform 基因突变热点及频率基因突变热点及频率突变导致突变导致Ras空间结构的改变影响了空间结构的改变影响了GTP酶活性，从而酶活性，从而导致了组成型的激活导致了组成型的激活Ras突变导致蛋白质构象及活性改变突变导致蛋白质构象及活性改变Significance in ResearchnAbility of RAS proteins to bind guanine nucleotides was one of

31、 the first biochemical functions ascribed to an oncogene productnActivation of human RAS genes are the most common dominant mutations in human cancerWnt信号通路与肿瘤信号通路与肿瘤nWnt 名称来自于Int 和 Wg (wingless)n分别发现于鼠MMTV整合位点的Int以及果蝇的翅膀和平衡棒缺陷的隐性突变体的致病基因WinglessSeveral components of the Wnt signaling pathway in hum

32、an tumors or experimental cancer models.Wnt signaling in CancerAPC was first isolated as a tumor suppressor gene in human colon cancerexcellent reviews on Wnt signaling and cancer: Polakis, 2000 and Bienz and ClevershWnt-1 was found as an oncogene activated by the Mouse Mammary Tumor Virus in murine

33、 breast cancerTranscription Factor Activation by Growth FactorSignaling Pathway of TGF-b bTGF-b b regulates growth and proliferation of cells, blocking the growth of many different cell types. The TGF-b b receptor includes Type I and Type II subunits that are serine-threonine kinases that signal thr

34、ough the SMAD family. Binding of TGF-b b to its cell surface receptor Type II leads to the phosphorylation of the Type I receptor by Type II. The Type I receptor is then able to phosphorylate and activate the Smad2. Smad2, in combination with Smad4, is translocated to the nucleus where the activated

35、 Smad complex recruits other transcription factors (TF) that together activate the expression of target genes that mediate the biological effects of TGF-b b. Some of the activated target genes stimulate tumorigenesis, while others suppress tumorigenesis.TGF-b b: transforming growth factor Mutations of TGF-b b found in diff