分子生物学疾病与人类健康

疾病与人类健康

现代科学认为，疾病的发生在本质上都直接或间接与基因有关。因此，从某种意义上说，人类疾病都是“基因病”！1精选课件经典单基因病：某个单个基因位点上产生了缺陷等位基因。多基因病：多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用。获得性基因病：由病原微生物感染引起的传染病，是病原微生物基因组与人类基因组相互作用的结果，都涉及基因结构与表达模式的改变2精选课件肿瘤（tumor/neoplasm):不受正常生长调控而繁殖的一群细胞。良性肿瘤：生长局限在自己的正常位置，不侵染周围组织或其他器官。恶性肿瘤（癌）：具有侵染性和转移性，能够侵染、破坏临近的正常组织并随循环系统散布至更远的组织。3精选课件癌的发生率随年龄的增长急剧上升。在人的年龄在40-80之间，癌症的发生呈指数增加，表明癌症的产生是一系列独立事件的综合结果。4精选课件体外培养的正常细胞和转化细胞的差别两类癌基因原癌基因的表达调控原癌基因产物及其分类抑癌基因产物对原癌基因的调控5精选课件永生化（immortalization):描述的是细胞无限制增殖的特性转化（transformation):包括一系列的改变，使得永生细胞能够不受生长约束肿瘤细胞是永生化的、转化了的细胞6精选课件对血清生长因子的需要不同肿瘤细胞常常表现出细胞为生长因子的依赖性减少，一些肿瘤细胞可在缺乏正常细胞生长必需的外源性因子的情况下繁殖，有时肿瘤细胞自己可产生生长因子驱动自身繁殖。体外培养的正常细胞对血清生长因子的需求高体外培养的正常细胞和转化细胞的差别7精选课件正常细胞表现密度依赖型，即正常细胞培养物维持在一定水平的血清生长因子中，繁殖到一定的细胞密度就即停止生长。降低细胞密度继续培养时，细胞重新开始繁殖。转化细胞持续繁殖至更高的细胞密度。细胞密度8精选课件锚定依赖性正常细胞体外培养时必需附着在一固体基质，如培养盘的表面才可以生长。肿瘤细胞，可以不附着在表面上悬浮生长，这一特性称为锚定不依赖性（ancherageindependence)。9精选课件增殖生命期正常细胞体外的繁殖能力是有限的，分裂一定次数后，停止生长并死亡。转化细胞可继续生长，这种永久性培养物被称为“建立的、持续性的或无限增殖细胞系”。10精选课件移动的接触抑制正常细胞沿培养盘表面移动，但与附近细胞接触时停止移动。转化细胞不表现这种移动的接触抑制。11精选课件

Normalfibroblastsgrowasalayerofflat,spread-outcells,whereastransformedfibroblastsareroundedupandgrowincellmasses.Theculturesontheleftcontainnormalcells,thoseontherightcontaintransformedcells.

12精选课件13精选课件

两类癌基因细胞癌基因(celloncogene,c-onc)病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)14精选课件细胞癌基因(celloncogene,c-onc)——即原癌基因(protooncogene)的激活产物。正常细胞中这些基因是不表达的，或少量表达，只有在细胞发生癌变时才有活性，所以称为原癌基因原癌基因未激活时，可促进正常细胞生长、增殖、分化、发育等，属于“看家基因”；激活后则变成细胞癌基因，能使正常细胞转化为肿瘤细胞。（当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化）。15精选课件病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)——病毒所携带的致转化因子，编码这一类基因的主要有DNA病毒和RNA病毒。DNA病毒RNA病毒16精选课件乙型肝炎病毒（hepatitisBviruses,HBV)、乳头瘤病毒(papillomaviruses)、腺病毒（adenoviruses)猴病毒（simianvirus40,SV40)疱疹病毒（herpesviruses)痘病毒(poxviruses)DNA病毒17精选课件Rous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒Roussarcomavirus，

RSV），研究证明它是一种反转录病毒，在接种给鸡后诱发肉瘤

66年获得诺贝尔奖。18精选课件RNA病毒-反转录病毒

该RNA在病毒颗粒带进来的反转录酶作用下，复制为DNA在RNase作用下将RNA降解掉以此DNA为模板，利用DNA聚合酶指导合成第二条DNA链。双链DNA整和到宿主细胞基因组中。被整合的反转录病毒DNA分子称为原病毒。19精选课件20精选课件21精选课件Retroviruses(HIV)budfromtheplasmamembraneofaninfectedcell.PhotographkindlyprovidedbyMatthewGonda.22精选课件Gag:病毒外壳蛋白基因Pol:逆转录酶及整合酶基因；Env：病毒外膜糖蛋白基因23精选课件24精选课件Gag:病毒外壳蛋白基因Pol:逆转录酶及整合酶基因；env基因，病毒外膜糖蛋白基因25精选课件HIV—Thehumanimmunodeficiencyvirus（人类免疫缺陷病毒）诱发人类获得性免疫缺损综合症(acquiredimmuno-deficiencysyndrome)26精选课件27精选课件28精选课件艾滋病的治疗P363核苷酸型反转录酶抑制剂非核苷酸型反转录酶抑制剂29精选课件RNA反转录肿瘤病毒分为急性转化型acute非急性转化型Nondefectivevirus30精选课件非急性转化型Nondefectivevirus不带有癌基因依赖LTR中的强启动子作用原癌基因，诱发癌变感染较长时间后病毒才启动肿瘤发生。

病毒的致瘤性并不依赖于它的癌基因，而是在于它激活了细胞内原癌基因的表达31精选课件急性转化型acute这类病毒感染动物后，很短时间内就出现实体瘤或白血瘤它们所带的癌基因一般位于病毒基因组内部，也可位于基因组的3端，但不会插入结构基因内部具有体外转化细胞的能力缺陷型反转录病毒需辅助病毒的存在才能复制与表达。32精选课件transformingretroviruscarriesacopyofacellularsequenceinplaceofsomeofitsowngene(s).急性转化型：replication-defective33精选课件v-onc基因的起源v-onc与c-onc在序列上有显著的相似性！

反转录病毒基因组中所带有的onc基因并非来自病毒本身，而是这些病毒在感染动物或人体之后获得的细胞原癌基因。这些动物或人原癌基因经病毒修饰和改造后，成为病毒基因组的一部分并具有了致癌性。34精选课件35精选课件细胞原癌基因大都是断裂基因，带有插入序列，而病毒的致癌基因往往是一个完整的没有断裂的读码框。断裂基因完整的没有断裂的可读框36精选课件癌基因产物的协同作用

实验证明，细胞周期中G1期对于细胞生长的控制具有关键性意义，因为该时相中存在一个“生长控制点”，在正常情况下，细胞可根据对信号的应答，发挥生长控制点的调节作用，使细胞通过该点，进入S、M期再回到G1期，或者阻止细胞通过该控制点而使细胞进入G0期。C-myc的表达可能使细胞获得了通过“生长控制点”的潜能，而c-ras的表达似乎加强了c-myc的这种作用潜能，两者协同作用使细胞向S期过度成为可能。也就是说，c-myc和c-ras表达的协同作用是细胞分裂的必要步骤。37精选课件38精选课件用ras或myc同时转染细胞，可使细胞长期增殖，但不能转化成癌细胞，在裸鼠体内也不能形成肿瘤。但用ras+myc同时转染细胞，则使细胞转化成癌细胞。说明：致癌至少需要2种或以上的onc协同作用，2种onc在2条通路上发挥作用，由于细胞增殖调控是多因子，多阶段影响的结果。而影响增殖分化的onc达几十种之多，所以大多数人认为：癌发生是多阶段多步骤的39精选课件定量模型：v-onc的表达失去控制，导致基因过量表达，过量表达导致肿瘤形成。如mos，sis，myc等。或者它们的表达不被关闭定性模型：v-onc的蛋白产物性质的改变。如蛋白质的定位、或敏感性等。进而致癌。这些新的性状对细胞具有毁灭性的影响

v-onc为什么是致癌的呢？

40精选课件原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。在正常细胞中通常以单拷贝形式存在，只有低水平的表达或根本不表达。在很多情况下原癌基因的结构发生了点突变或插入、重排、缺失及扩增等，改变其转录活性。

原癌基因的表达调控41精选课件碱基缺失或单碱基突变基因扩增染色体重排蛋白质活性大大提高蛋白质未变化，但总量大大提高增强子功能使癌基因高效表达与强启动子基因相融合，提高癌基因表达效率

原癌基因原癌基因的激活机制42精选课件ras基因编码p21癌蛋白Ras原癌基因点突变，使p21蛋白的结构和功能发生了某些变化。如Ha-ras原癌基因第二个外显子中引起p21第61位Gln被Leu所替代的一个点突变，导致产生转化活性。所以p21分子某些部位发生单个氨基酸替代足以引起蛋白质构象的改变，并使细胞获得转化活性。点突变43精选课件44精选课件Ras-GDP是无活性状态；Ras-GTP是活性状态，能作用于其靶分子。GTPactivatingprotein，促进GTP水解为GDP

；Gexchangefactor，GEF，促进Ras用GDP交换GTP癌基因v-ras编码的Ras均不为Ras-GAP所作用。这样使得Ras永远处于活化状态，连续刺激靶分子，导致相当一部分基因永久性地表达。这就是癌发生的机理之一。GTP结合蛋白类-ras45精选课件LTR（longterminalrepeat)：逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列，其结构中含有强的启动子序列。当LTR插入原癌基因启动子区域或邻近部位后，可从根本上改变基因的正常调控规律。LTR插入46精选课件c-myc的编码顺序均未改变，只是正常的病毒控制失去。导致表达量增加而致癌。47精选课件在大多数类型的人肿瘤中存在染色体数目和结构异常现象，说明存在原癌基因重排的可能。原癌基因之间，或者原癌基因与非原癌基因之间的重排。基因重排48精选课件在Burkitt淋巴瘤中，c-myc定位于8q24IgH定位于14q32Igλ定位于22q12Igκ定位于2q11c-myc从其上游区到第二外显子的区域内断裂，易位至IgH，Igλ或Igκ位点，使Ig基因与c-myc基因相连在一起，Ig基因5‘端的启动子（强启动子）发挥作用，使原来不表达的c-myc基因大量表达49精选课件在正常人体细胞中，非受体酪氨酸激酶基因abl位于第9号染色体上，表达量极低，不会诱发癌变。在慢性骨髓瘤病人细胞中，该基因却被转移到第22号染色体上，与bcr基因相融合，表达量大为提高。50精选课件

很多原癌基因5‘上游区存在负调控序列，一旦该序列发生缺失或突变，就丧失抑制基因表达调控的能力基因缺失51精选课件oncogene(-)cancer一些原癌基因5’上游存在负调控序列，该序列的缺失或突变，则丧失抑制癌基因表达的能力。Brukitt淋巴瘤中c-myc因负调控序列缺失或LTR插入而增强表达。52精选课件

使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达。基因扩增53精选课件在正常细胞的生长，发育过程中需要大量相关蛋白质，可通过基因扩增的方式来达到增加表达量的效果。在肿瘤细胞中，DNA扩增的发生频率至少比在正常细胞中高上千倍。实验证明，癌基因常常是肿瘤细胞中DNA扩增的靶位点，在各类人类肿瘤中已发现了十几种癌基因的扩增。其机理是原癌基因在扩增后的过量表达。54精选课件蛋白质结构未变化，但总量大大提高基因扩增

原癌基因55精选课件基因互作与癌基因表达（1）染色体构象对原癌基因表达的影响基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构，也取决于其空间构象，即基因在染色体上的空间排列和染色质的结构。当两个基因相距太近时，往往不易形成有利于高效转录的空间结构。56精选课件基因领域：基因与基因之间的间隔距离基因领域效应：同一DNA链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低。57精选课件原癌基因产物及其分类原癌基因产物的共同特征：

能够诱发一系列与细胞生长分化有关的基因表达，从而改变细胞的表型。按照在细胞中的位置分为3类：与膜结合的蛋白（erbB,neu,fms,src基因产物）可溶性蛋白(mos,sis，fps基因产物）核蛋白（myc，ets，jun，myb基因产物)58精选课件按照这些蛋白的功能：生长因子类生长因子受体类GTP结合蛋白类蛋白激酶类核蛋白类功能未知类癌基因编码信号传导级联反应的蛋白质59精选课件60精选课件（2）原癌基因终产物对基因表达的调控某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用；

某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用61精选课件癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3处：①癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；②癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；③癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求62精选课件生长因子类--sissis过量表达

基因表达调控元件发生突变，导致细胞大量合成63精选课件癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3处：①癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；②癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；③癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求64精选课件生长因子受体-c-erbB编码EGF（表皮生长因子）受体，丢失配体结合区，而不受其控制，组成型的形成二聚体，使其自身磷酸化，从而激活了酪氨酸激酶活性，这样不受配体调节而持续地触发增殖信号。65精选课件66精选课件癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3处：①癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；②癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；③癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求67精选课件蛋白激酶类-src基因细胞的增殖有关系。V-src失去了配体的控制因而不管有无配体受体，v-Src始终是活化的。68精选课件当受体无活性时，Src527-Tyr自身磷酸化并与SH2区结合，抑制416位点磷酸化；受体活化后，特异位点的Tyr磷酸化并与Src的SH2集合，Src的527从SH2区释放出，并去磷酸化，而416位点失去抑制而磷酸化，Src被激活69精选课件抑癌基因产物对原癌基因的调控抑癌基因（antioncogene;tumors