癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子课件

1癌基因、腫瘤抑制基因與生長因數Oncogenes,Tumorsuppressorgene

andGrowthFactors2生長因數

Growthfactors

第一部分生長因數(growthfactor)一類由細胞分泌的、類似於激素的信號分子，多數為肽類（含蛋白類）物質，具有調節細胞生長與分化的作用。3內分泌

(endocrine)旁分泌

(paracrine)自分泌

(autocrine)作用模式：

4一、生長因數的分類和功能生長因數名稱組織來源功能表皮生長因數（EGF）唾液腺、巨噬細胞、血小板等促進表皮與上皮細胞的生長，尤其是消化道上皮細胞的增殖肝細胞生長因數（HGF）間質細胞促進細胞分化和細胞遷移促紅細胞生成素（EPO）腎調節成紅細胞的發育類胰島素生長因數（IGF）血清促進硫酸鹽參入到軟骨組織促進軟骨細胞的分裂、對多種組織細胞起胰島素樣作用神經生長因數（NGF）頜下腺含量高營養交感和某些感覺神經元、防止神經元退化血小板源生長因數（PDGF）血小板、平滑肌細胞促進間質及膠質細胞的生長、促進血管生成轉化生長因數α（TGF-

）腫瘤細胞、巨噬細胞、神經細胞作用類似於EGF，促進細胞惡性轉化轉化生長因數β（TGF-β）腎、血小板對某些細胞起促進和抑制雙向作用血管內皮生長因數（VEGF）低氧應激細胞促進血管內皮增殖和新生血管分化（一）生長因數的分類5（二）生長因數的功能1.生長因數的生物學效應主要表現在促進細胞生長、分化、促進個體發育等方面。但是有些生長因數具有雙重調節作用或負調節作用。672.同一生長因數對不同細胞的作用有所不同83.一種細胞也可受不同生長因數調節94.具有負調節作用的生長因數比較少，人們通常把這種負調節因數（negativegrowthfactor）稱為細胞生長抑制因數。10（二）生長因數的功能生長因數的生物學效應主要表現在促進細胞生長、分化、促進個體發育等方面。但是有些生長因數具有雙重調節作用或負調節作用。同一生長因數對不同細胞的作用有所不同一種細胞也可受不同生長因數調節具有負調節作用的生長因數比較少，人們通常把這種負調節因數（negativegrowthfactor）稱為細胞生長抑制因數。胞內相關蛋白質被磷酸化與膜受體結合酪氨酸激酶活化核內轉錄因數活化基因轉錄二、生長因數作用機制111.12產生相應第二信使胞內相關蛋白質被磷酸化與膜受體結合蛋白激酶活化核內轉錄因數活化基因轉錄2.13基因轉錄與胞內受體結合生長因數-受體複合物，活化相關基因3.14二、生長因數作用機制腫瘤的發生除了與癌基因的異常活化以及腫瘤抑制基因的異常失活密切相關外，其與生長因數及其受體的高度活化亦緊密相關，如EGF、VEGF、TNF及IGF、PDGF等的過度表達能導致相應的腫瘤發生。三、生長因數與疾病（一）生長因數與腫瘤15myc、fos的啟動促平滑肌細胞增生；p53低表達或突變。（二）生長因數與心血管疾病1.原發性高血壓：16172.動脈粥樣硬化：PDGF過量產生18ras、myb、myc、fos等過量表達，有關的生長因數有IGF、TGF、FGF。3.心肌肥厚：癌基因

Oncogenes第二部分19基因組內正常存在的基因，其編碼產物通常作為正調控信號，促進細胞的增殖和生長。癌基因的突變或表達異常是細胞惡性轉化（癌變）的重要原因。癌基因(oncogene)20癌基因最早在可導致腫瘤發生的病毒中被鑒定。後來的研究發現，這些基因原本就存在於大部分生物的正常基因組中，因而癌基因又被稱為細胞癌基因（cellularoncogene，c-onc）或原癌基因（proto-oncogenes，pro-onc）。存在於病毒中的被稱為病毒癌基因（virusoncogene，v-onc）。一、癌基因的基本概念21凡能編碼生長因數、生長因數受體、細胞內生長信號轉導分子以及與生長有關的轉錄調節因數等的基因。廣義的“癌基因”221.廣泛存在於生物界（一）細胞癌基因特點:23242.基因序列高度保守（一）細胞癌基因特點:253.表達產物對細胞正常生長、繁殖、發育和分化起著精確的調控作用。（一）細胞癌基因特點:264.基因結構發生異常或表達失控，導致細胞生長增殖和分化異常（一）細胞癌基因特點:功能上相關的癌基因家族分類src家族：產物多具有酪氨酸蛋白激酶活性，能促進增殖信號的轉導2728功能上相關的癌基因家族分類2.ras家族：編碼小G蛋白p21，參與cAMP水準的調節29功能上相關的癌基因家族分類3.myc家族：編碼核內DNA結合蛋白，調節其他基因轉錄的作用。30功能上相關的癌基因家族分類4.sis家族：編碼的p28，能刺激間葉組織的細胞分裂繁殖。31功能上相關的癌基因家族分類5.myb家族：核內轉錄因數類別癌基因名稱作用1.生長因數類SISPDGF-2INT-2FGF同類物，促進細胞增殖2.蛋白酪氨酸激酶類生長因數受體EGFREGF受體，促進細胞增殖HER-2EGF受體類似物，促進細胞增殖FMS、KITM-CSF受體、SCF受體，促增殖3.膜結合的蛋白酪氨酸激酶SRC、ABL與受體結合轉導信號4.細胞內蛋白酪氨酸激酶TRK在細胞內轉導信號5.細胞內蛋白絲/蘇氨酸激酶RAFMAPK通路中的重要分子6.與膜結合的GTP結合蛋白RASMAPK通路中的重要分子7.核內轉錄因數MYC促進增殖相關基因表達FOS、JUN促進增殖相關基因表達人體內細胞癌基因的分類及功能舉例

32癌基因最早發現於逆轉錄病毒中。1911年，F.Rous醫生首次提出病毒引起腫瘤，但直到上一世紀50年代才得到實驗證實，命名為羅氏肉瘤病毒（RousSarcomaVirus，RSV）。（二）病毒癌基因33

調節和啟動轉錄LTRgagpolenv

srcLTR

長末端重複序列癌基因正常的病毒基因產生病毒核心蛋白產生逆轉錄酶和整合酶

產生病毒外膜蛋白產生酪氨酸激酶病毒基因組結構34病毒癌基因v-src來源於宿主細胞的C-SRC基因3536（一）獲得啟動子與增強子二、癌基因活化的機制逆轉錄病毒感染細胞後，病毒基因組所攜帶的長末端重複序列（LTR內含較強的啟動子和增強子）插入到細胞原癌基因附近或內部,啟動下游鄰近基因的轉錄和影響附近結構基因的轉錄水準，使原癌基因過度表達或由不表達變為表達，從而導致細胞發生癌變。3738（二）基因擴增原癌基因可通過基因擴增（geneamplification）使基因拷貝數可升高幾十甚至上千倍不等，發生擴增的機制目前尚不清楚。基因擴增可致編碼產物過量表達，細胞發生轉化。39二、癌基因活化的機制40（三）點突變原癌基因在射線或化學致癌劑作用下，發生單個堿基的替換——點突變(pointmutation),從而改變了表達蛋白的氨基酸組成，造成蛋白質結構的變異。41二、癌基因活化的機制42RASG12D（四）染色體易位在染色體易位的過程中發生了某些基因的易位和重排，使原來無活性的原癌基因移至強的啟動子或增強子附近而被活化，原癌基因表達增強，導致腫瘤的發生。產生融合基因，融合蛋白導致腫瘤的發生。43二、癌基因活化的機制44慢性粒細胞白血病染色體15--PML染色體17—RARalpha融合基因PML/RARalphaPML/RARalpha急性早幼粒細胞白血病(AcutePromyelocyticLeukemia,APL)張亭棟陳竺As2O345出現新的表達產物出現過量的正常表達產物出現異常、截短的表達產物癌基因啟動的結果：46作用於細胞膜上的受體系統或直接被傳遞至細胞內，通過蛋白激酶活化轉錄因數，引發一系列基因的轉錄啟動。三、原癌基因的產物與功能sis表達蛋白P28和PDGF一樣能促進血管的生長。（一）細胞外生長因數例如：47（二）跨膜的生長因數受體：接受細胞外的生長信號並將其傳入胞內。受體的胞質結構區具有特異的蛋白激酶活性，通過磷酸化作用使其結構發生改變，增加激酶對底物的活性，促進生長信號在胞內的傳遞。例如c-src、c-abl有酪氨酸特異的蛋白激酶活性。c-mos和raf所編碼的激酶使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化。48三、原癌基因的產物與功能非受體酪氨酸激酶(src，abl)、絲氨酸/蘇氨酸激酶(raf)，ras蛋白(H-ras，K-ras和N-ras)及磷脂酶(crk產物)。（三）細胞內信號傳導分子原癌基因的產物作為胞內資訊傳遞體系成員，或者通過影響第二信使作用，將接受到的信號由胞內傳至核內，促進細胞生長。例如：49三、原癌基因的產物與功能（四）核內轉錄因數某些癌基因表達蛋白定位於細胞核內，與靶基因的順式調控元件相結合直接調節靶基因的轉錄活性。例如：c-fos是一種即刻早期反應基因(immediateearlygene，IEG)。作為傳遞資訊的第三信使。50三、原癌基因的產物與功能51原癌基因BRAF所編碼的蛋白質屬於絲/蘇氨酸激酶，是MAPK信號通路的重要組成分子，在調控細胞增殖、分化等方面發揮重要作用。四、癌基因表達產物促進腫瘤發生發展約60%的黑素瘤中BRAF發生突變，其第600位氨基酸從纈氨酸突變為谷氨酸（V600E）最為常見，導致B-Raf的持續啟動。（一）BRAF例如：52HER2是表皮生長因數受體家族成員，具有蛋白酪氨酸激酶活性，能啟動下游信號通路，從而促進細胞增殖和抑制細胞凋亡。在30%的乳腺癌中HER2基因發生擴增或者過度表達，其表達水準與治療後復發率和不良預後顯著相關。（二）HER2例如：53慢性粒細胞白血病患者的9號染色體與22號染色體之間發生易位，從而融合產生了癌基因BCR-ABL，編碼的蛋白質Bcr-Abl具有持續活化的蛋白酪氨酸激酶活性，能促進細胞增殖，並增加基因組的不穩定性。在95%的慢性粒細胞白血病患者中都伴隨有BCR-ABL融合基因的產生，在一些急性淋巴白血病患者中也有發現。（三）BCR-ABL例如：5455腫瘤抑制基因

tumorsuppressorgene第三部分56腫瘤抑制基因(tumorsuppressorgene)

腫瘤抑制基因的概念也稱抗癌基因（anticancergene）或抑癌基因，是調節細胞正常生長和增殖的基因。當這些基因不能表達，或者當它們的產物失去活性時，細胞就會異常生長和增殖，最終導致細胞癌變。反之，若導入或啟動它則可抑制細胞的惡性表型。57早在20世紀20年代，T.Boveri就提出正常細胞中存在特異的抑制細胞增殖的因素，並假定與染色體有關。20世紀60年代，H.Harris開創了雜合細胞的致癌性研究A.Knudson在研究視網膜母細胞瘤（retinoblastoma，Rb）的流行病學中發現RB

一、腫瘤抑制基因的發現58細胞雜交試驗正常細胞腫瘤細胞非腫瘤型雜交細胞雜交融合腫瘤細胞1腫瘤細胞2雜交融合非腫瘤型雜交細胞正常細胞失去某些基因腫瘤細胞59二、腫瘤抑制基因的功能名稱染色體定位相關腫瘤編碼產物及功能TP5317p13.1多種腫瘤轉錄因數p53，細胞週期負調節和DNA損傷後凋亡RB13q14.2Rb、骨肉瘤轉錄因數p105RbPTEN10q23.3膠質瘤、膀胱癌、前列腺癌、子宮內膜癌磷脂類信使的去磷酸化，抑制PI3K-Akt通路P169p21肺癌、乳腺癌、胰腺癌、食道癌、黑素瘤p16蛋白，細胞週期檢查點負調節P216p21前列腺癌抑制Cdk1、2、4和6APC5q22.2結腸癌、胃癌等G蛋白，細胞粘附與信號轉導DCC18q21結腸癌表面糖蛋白（細胞黏附分子）NF17q12.2神經纖維瘤GTP酶啟動劑NF222q12.2神經鞘膜瘤、腦膜瘤連接膜與細胞骨架的蛋白VHL3p25.3小細胞肺癌、宮頸癌、腎癌轉錄調節蛋白WT111p13腎母細胞瘤轉錄因數（一）常見的某些腫瘤抑制基因及其功能6061（一）視網膜母細胞瘤基因（Rb基因）G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNAmRNADNAPRb蛋白62Rb磷酸化與細胞週期控制NLSINLSIINLSIII3931IIIIIIIVVTetramerizationdomainTransactivationdomainDNA-bindingdomainRegulatorydomain（二）p53基因組的保護神

Discoveredin1979(A.Levine,D.Lane)andin1988(B.Vogelstein)6364GeneticmousemodelsofcancerGermlineknockout:carcinomas,lymphomas,sarcomasPointmutationknockin:carcinomas,lymphomasConditionalknockout:carcinomas,lymphomas,sarcomas（二）p53基因組的保護神

65Mutatedinawidevarietyofhumancancers(morethan80%)（二）p53基因組的保護神

p53在轉錄水準上，不變化；mRNA不變。P53調節6667P53的蛋白質水準劇烈變化。P53活性調節的關鍵是翻譯後修飾（post-translationalmodification）。主要的翻譯後修飾有：泛素化（Ubiquitination）乙醯化（Acetylation）磷酸化（Phosphorylation)68DaiChaoandWeiGu2010.TrendsMol.Med.16(11):528-5362.引起細胞週期停滯（Cellgrowtharrest)3.引起細胞程式死亡（Apoptosis)1.引起細胞衰老（Senescence）p53抑制腫瘤的機理69但是，既不能引起細胞細胞衰老；也不能引起細胞週期停滯；不能引起細胞程式死亡的p53敲進（knockin）小鼠，p53照常抑制腫瘤發生“Tumorsuppressionintheabsenceofp53-mediatedcell-cyclearrest,apoptosis,andsenescence”.TongyuanLi,etal.2012.CELL149,126970p53引起細胞鐵依賴程式死亡（Ferroptosis）。可能是p53在生理條件下抑制腫瘤的機制。“Ferroptosisasap53-mediatedactivityduringtumor”.JiangL,etal.2015.Nature.520(7545):57-62.71（三）PTENPTEN基因（phosphataseandtensinhomologdeletedonchromosometen，第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因）是繼TP53基因後發現的另一個與腫瘤發生關係密切的腫瘤抑制基因。113185350190400PIP2BD403C2tensintypedomainphosphatasedomainC-terminalPDZ7273PTEN通過阻斷PI3K/AKT信號通路抑制細胞的生長74PTEN不僅僅在腫瘤中有重要功能；在發育，器官形成等等方面都有重要作用。PTEN調節主要是轉錄水準；也有翻譯後修飾。蛋白質水準幾乎不變。7576最近研究進展:PTEN基因裏面，可以轉錄出反義RNA，調控PTENmRNA水準。PTEN基因與相鄰基因，有轉錄，影響PTEN的轉錄。PTEN進核，發揮作用（---------。Dr.YuxinYin’sLab）。PTEN從5’上游，翻譯出長蛋白,作用於線粒體，調節細胞代謝(--------。Dr.YuxinYin’sLab)。第四部分腫瘤7778SustainingproliferativesignalingEvadinggrowthsuppressorsActivatinginvasionandmetastasisResistingcelldeathInducingangiogenesisEablingreplicativeimmortalityDeregulatingcellularenergeticsAvoidingimmunedestructionGenomeinstabilityandmutationTumor-promotinginflammationModifiedfromCell144,646,20117980基因突變，基因組不穩定（genomeinstabilityandmutation）大規模DNA測序，比較病人的腫瘤組織和正常組織，至少10-20個基因突變。腫瘤組織的不同部位細胞，突變不一樣（腫瘤組織細胞高度多樣性）。2.逃避細胞死亡（resistingcelldeath）腫瘤十大特徵813.充分自我生長的能力（sustainingproliferativesignaling）4.逃避細胞的生長抑制（evadinggrowthsuppressors）腫瘤十大特徵825.無限制的細胞分裂能力（eablingreplicativeimmortality）6.異常的細胞新陳代謝（deregulatingcellularenergetics）腫瘤十大特徵837.組織侵襲和轉移（activatinginvasionandmetastasis）8.逃避免疫系統（avoidingimmunedestruction）9.血管發育（inducingangiogenesis）10.引起發炎（tumor-promotinginflammation）腫瘤十大特徵生命活動從細胞，組織器官，到人體，是一個多層次，多維度的動態調節的網路。腫瘤，實質就是這個網路崩潰！84在基因水準上，或通過外界致癌因素，或由於細胞內環境的惡化，突變基因數目增多，基因組變異逐步擴大。在細胞水準上則要經過永生化、分化逆轉、轉化等多個階段，細胞週期失控細胞的生長特性逐步得到強化。結果組織從增生、異型變、良性腫瘤、原位癌發展到浸潤癌和轉移癌。85從基因角度認識結腸癌的發生和發展這是研究腫瘤的一個很好的模型。因為分期時間固定；形態特徵明顯，易於檢測。8687本章重點

基本概念生長因數癌基因、病毒癌基因、細胞癌基因抑癌基因

細胞癌基因特點

癌基因表達產物的類型

細胞癌基因活化機制8889擴展閱讀(extensionreadings)：HanahanD,WeinbergRA.Hallmarksofcancer:thenextgeneration.Cell.2011Mar4;144(5):646-74.

LiT,KonN,JiangL,TanM,LudwigT,ZhaoY,BaerR,GuW.Tumorsuppressionintheabsenceofp53-mediatedcell-cyclearrest,apoptosis,andsenscence.Cell.2012Jun8;149(6):1269-83.JiangL,KonN,LiT,WangSJ,SuT,HibshooshH,BaerR,GuW.Ferroptosisasap53-mediatedactivityduringtunorsuppression.Nature.2015Apr2;520(7545):57-62.DixonSJ,etal.Ferroptosis:aniron-dependentnonapoptoticcelldeath.Cell.2012May25;149(5):1060-72.905.WangG,LiY,WangP,LiangH,CuiM,ZhuM,GuoL,SuQ,SunY,McNuttMA,YinY.PTENregulatesRPA1andprot