癌基因、腫瘤抑制基因與生長(zhǎng)因子.ppt

生物化學(xué)與分子生物學(xué) 第二十三章 癌基因 腫瘤抑制基因與生長(zhǎng)因子Oncogenes TumorsuppressorgeneandGrowthFactors 癌基因 腫瘤抑制基因與生長(zhǎng)因子的關(guān)系 癌基因 抑癌基因 細(xì)胞 生長(zhǎng)因子 正調(diào)控 負(fù)調(diào)控 產(chǎn)物 癌基因和腫瘤抑制基因在細(xì)胞增殖中的作用 在基因水平上促使細(xì)胞增殖及凋亡失衡 導(dǎo)致細(xì)胞惡性變的原因有 控制細(xì)胞增殖的原癌基因活化或腫瘤抑制基因失活 促細(xì)胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因功能增強(qiáng) DNA修復(fù)基因失活 使突變?cè)诩?xì)胞內(nèi)積累 并且累及到調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖及細(xì)胞凋亡的基因 癌基因Oncogenes 第一節(jié) 基因組內(nèi)正常存在的基因 其編碼產(chǎn)物通常作為正調(diào)控信號(hào) 促進(jìn)細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng) 癌基因的突變或表達(dá)異常是細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化 癌變 的重要原因 癌基因 oncogene 癌基因最早在可導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的病毒中被鑒定 后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn) 這些基因原本就存在于大部分生物的正?；蚪M中 因而癌基因又被稱為細(xì)胞癌基因 cellularoncogene c onc 或原癌基因 proto oncogenes pro onc 存在于病毒中的被稱為病毒癌基因 virusoncogene v onc 一 癌基因的基本概念 凡能編碼生長(zhǎng)因子 生長(zhǎng)因子受體 細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子以及與生長(zhǎng)有關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子等的基因 廣義的 癌基因 廣泛存在于生物界基因序列高度保守表達(dá)產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞正常生長(zhǎng) 繁殖 發(fā)育和分化起著精確的調(diào)控作用 基因結(jié)構(gòu)發(fā)生異?；虮磉_(dá)失控 導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)增殖和分化異常 一 細(xì)胞癌基因 特點(diǎn) 功能上相關(guān)的癌基因家族分類 src家族 產(chǎn)物多具有酪氨酸蛋白激酶活性 能促進(jìn)增殖信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo) ras家族 編碼小G蛋白p21 參與cAMP水平的調(diào)節(jié) myc家族 編碼核內(nèi)DNA結(jié)合蛋白 調(diào)節(jié)其他基因轉(zhuǎn)錄的作用 sis家族 編碼的p28 能刺激間葉組織的細(xì)胞分裂繁殖 myb家族 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子 人體內(nèi)細(xì)胞癌基因的分類及功能舉例 癌基因最早發(fā)現(xiàn)于逆轉(zhuǎn)錄病毒中 1911年 F Rous醫(yī)生首次提出病毒引起腫瘤 但直到上一世紀(jì)50年代才得到實(shí)驗(yàn)證實(shí) 命名為羅氏肉瘤病毒 RousSarcomaVirus RSV 二 病毒癌基因 病毒基因組結(jié)構(gòu) 病毒癌基因v src來(lái)源于宿主細(xì)胞的C SRC基因 一 獲得啟動(dòng)子與增強(qiáng)子 二 癌基因活化的機(jī)制 逆轉(zhuǎn)錄病毒感染細(xì)胞后 病毒基因組所攜帶的長(zhǎng)末端重復(fù)序列 LTR內(nèi)含較強(qiáng)的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子 插入到細(xì)胞原癌基因附近或內(nèi)部 啟動(dòng)下游鄰近基因的轉(zhuǎn)錄和影響附近結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平 使原癌基因過(guò)度表達(dá)或由不表達(dá)變?yōu)楸磉_(dá) 從而導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變 二 染色體易位 在染色體易位的過(guò)程中發(fā)生了某些基因的易位和重排 使原來(lái)無(wú)活性的原癌基因移至強(qiáng)的啟動(dòng)子或增強(qiáng)子附近而被活化 原癌基因表達(dá)增強(qiáng) 導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生 三 基因擴(kuò)增 原癌基因可通過(guò)基因擴(kuò)增 geneamplification 使基因拷貝數(shù)可升高幾十甚至上千倍不等 發(fā)生擴(kuò)增的機(jī)制目前尚不清楚 基因擴(kuò)增可致編碼產(chǎn)物過(guò)量表達(dá) 細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化 四 點(diǎn)突變 原癌基因在射線或化學(xué)致癌劑作用下 發(fā)生單個(gè)堿基的替換 點(diǎn)突變 pointmutation 從而改變了表達(dá)蛋白的氨基酸組成 造成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變異 癌基因活化的4種機(jī)制示意圖 出現(xiàn)新的表達(dá)產(chǎn)物出現(xiàn)過(guò)量的正常表達(dá)產(chǎn)物出現(xiàn)異常 截短的表達(dá)產(chǎn)物 癌基因激活的結(jié)果 作用于細(xì)胞膜上的受體系統(tǒng)或直接被傳遞至細(xì)胞內(nèi) 通過(guò)蛋白激酶活化轉(zhuǎn)錄因子 引發(fā)一系列基因的轉(zhuǎn)錄激活 三 原癌基因的產(chǎn)物與功能 sis表達(dá)蛋白P28和PDGF一樣能促進(jìn)血管的生長(zhǎng) 一 細(xì)胞外生長(zhǎng)因子 例如 二 跨膜的生長(zhǎng)因子受體 接受細(xì)胞外的生長(zhǎng)信號(hào)并將其傳入胞內(nèi) 受體的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)具有特異的蛋白激酶活性 通過(guò)磷酸化作用使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 增加激酶對(duì)底物的活性 促進(jìn)生長(zhǎng)信號(hào)在胞內(nèi)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 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(chǎn)物 三 細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)分子 原癌基因的產(chǎn)物作為胞內(nèi)信息傳遞體系成員 或者通過(guò)影響第二信使作用 將接受到的信號(hào)由胞內(nèi)傳至核內(nèi) 促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng) 例如 四 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子 某些癌基因表達(dá)蛋白定位于細(xì)胞核內(nèi) 與靶基因的順式調(diào)控元件相結(jié)合直接調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性 例如 c fos是一種即刻早期反應(yīng)基因 immediateearlygene IEG 作為傳遞信息的第三信使 原癌基因BRAF所編碼的蛋白質(zhì)屬于絲 蘇氨酸激酶 是MAPK信號(hào)通路的重要組成分子 在調(diào)控細(xì)胞增殖 分化等方面發(fā)揮重要作用 四 癌基因表達(dá)產(chǎn)物促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展 約60 的黑素瘤中BRAF發(fā)生突變 其第600位氨基酸從纈氨酸突變?yōu)楣劝彼?V600E 最為常見 導(dǎo)致B Raf的持續(xù)激活 一 BRAF 例如 HER2是表皮生長(zhǎng)因子受體家族成員 具有蛋白酪氨酸激酶活性 能激活下游信號(hào)通路 從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞凋亡 在30 的乳腺癌中HER2基因發(fā)生擴(kuò)增或者過(guò)度表達(dá) 其表達(dá)水平與治療后復(fù)發(fā)率和不良預(yù)后顯著相關(guān) 二 HER2 例如 慢性粒細(xì)胞白血病患者的9號(hào)染色體與22號(hào)染色體之間發(fā)生易位 從而融合產(chǎn)生了癌基因BCR ABL 編碼的蛋白質(zhì)Bcr Abl具有持續(xù)活化的蛋白酪氨酸激酶活性 能促進(jìn)細(xì)胞增殖 并增加基因組的不穩(wěn)定性 在95 的慢性粒細(xì)胞白血病患者中都伴隨有BCR ABL融合基因的產(chǎn)生 在一些急性淋巴白血病患者中也有發(fā)現(xiàn) 三 BCR ABL 例如 腫瘤抑制基因tumorsuppressorgene 第二節(jié) 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(diào)節(jié)細(xì)胞正常生長(zhǎng)和增殖的基因 當(dāng)這些基因不能表達(dá) 或者當(dāng)它們的產(chǎn)物失去活性時(shí) 細(xì)胞就會(huì)異常生長(zhǎng)和增殖 最終導(dǎo)致細(xì)胞癌變 反之 若導(dǎo)入或激活它則可抑制細(xì)胞的惡性表型 早在20世紀(jì)20年代 T Boveri就提出正常細(xì)胞中存在特異的抑制細(xì)胞增殖的因素 并假定與染色體有關(guān) 20世紀(jì)60年代 H Harris開創(chuàng)了雜合細(xì)胞的致癌性研究A Knudson在研究視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤 retinoblastoma Rb 的流行病學(xué)中發(fā)現(xiàn) 一 腫瘤抑制基因的發(fā)現(xiàn) 細(xì)胞雜交試驗(yàn) 二 腫瘤抑制基因的功能 常見的某些腫瘤抑制基因及其功能 一 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因 Rb基因 G0G1期 S期 E 2F DNA mRNA DNA 三 腫瘤抑制基因失活促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展 Rb磷酸化與細(xì)胞周期控制 二 TP53 P53蛋白 解鏈酶 復(fù)制因子A P21蛋白 細(xì)胞停滯于G1期 細(xì)胞調(diào)亡 DNA損傷 P53蛋白 P53蛋白 p53的結(jié)構(gòu)及其在清除DNA損傷細(xì)胞中的作用 P53基因突變不僅失去野生型p53抑制腫瘤增殖的作用 而且突變本身又使該基因具備癌基因功能 突變的P53蛋白與野生型P53蛋白相結(jié)合 形成的這種寡聚蛋白不能結(jié)合DNA 使得一些癌變基因轉(zhuǎn)錄失控導(dǎo)致腫瘤發(fā)生 三 PTEN PTEN基因 phosphataseandtensinhomologdeletedonchromosometen 第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因 是繼TP53基因后發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)與腫瘤發(fā)生關(guān)系密切的腫瘤抑制基因 PTEN通過(guò)阻斷PI3K AKT信號(hào)通路抑制細(xì)胞的生長(zhǎng) 四 腫瘤抑制基因與疾病 RBAPCVHL 腫瘤抑制基因在細(xì)胞增殖 生長(zhǎng) 分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用 其功能缺失會(huì)導(dǎo)致腫瘤等相關(guān)疾病的發(fā)生 研究腫瘤抑制基因發(fā)揮作用的相關(guān)分子機(jī)制能夠?yàn)榉肿影邢蛑委煵呗蕴峁├碚撘罁?jù) 也為攻克癌癥等頑疾帶來(lái)曙光 五 癌基因與腫瘤抑制基因在腫瘤發(fā)生中的作用特點(diǎn) 在基因水平上 或通過(guò)外界致癌因素 或由于細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的惡化 突變基因數(shù)目增多 基因組變異逐步擴(kuò)大 在細(xì)胞水平上則要經(jīng)過(guò)永生化 分化逆轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)化等多個(gè)階段 細(xì)胞周期失控細(xì)胞的生長(zhǎng)特性逐步得到強(qiáng)化 結(jié)果組織從增生 異型變 良性腫瘤 原位癌發(fā)展到浸潤(rùn)癌和轉(zhuǎn)移癌 一 細(xì)胞癌變的多基因協(xié)同 從基因角度認(rèn)識(shí)結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展 二 細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控是腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵 癌基因和腫瘤抑制基因與細(xì)胞周期細(xì)胞周期調(diào)控體現(xiàn)在細(xì)胞周期驅(qū)動(dòng)和細(xì)胞周期監(jiān)控兩個(gè)方面 后者的失控與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系最為密切 細(xì)胞周期監(jiān)測(cè)機(jī)制由DNA損傷感應(yīng)機(jī)制 細(xì)胞生長(zhǎng)停滯機(jī)制 DNA修復(fù)機(jī)制和細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制等構(gòu)成 癌基因 腫瘤抑制基因與細(xì)胞凋亡細(xì)胞除了生長(zhǎng) 增生和分化等現(xiàn)象之外 還存在細(xì)胞死亡現(xiàn)象 即程序性細(xì)胞死亡或凋亡 有些腫瘤抑制基因的過(guò)量表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡 而與細(xì)胞生存相關(guān)的癌基因的激活則可抑制凋亡 細(xì)胞凋亡異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展的密切相關(guān) 促進(jìn)正常細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化的因素 生長(zhǎng)因子Growthfactors 第三節(jié) 生長(zhǎng)因子 growthfactor 一類由細(xì)胞分泌的 類似于激素的信號(hào)分子 多數(shù)為肽類 含蛋白類 物質(zhì) 具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)與分化的作用 內(nèi)分泌 endocrine 旁分泌 paracrine 自分泌 autocrine 作用模式 一 生長(zhǎng)因子的分類和功能 一 生長(zhǎng)因子的分類 二 生長(zhǎng)因子的功能 生長(zhǎng)因子的生物學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng) 分化 促進(jìn)個(gè)體發(fā)育等方面 但是有些生長(zhǎng)因子具有雙重調(diào)節(jié)作用或負(fù)調(diào)節(jié)作用 同一生長(zhǎng)因子對(duì)不同細(xì)胞的作用有所不同一種細(xì)胞也可受不同生長(zhǎng)因子調(diào)節(jié)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用的生長(zhǎng)因子比較少 人們通常把這種負(fù)調(diào)節(jié)因子 negativegrowthfactor 稱為細(xì)胞生長(zhǎng)抑制因子 產(chǎn)生相應(yīng)第二信使 胞內(nèi)相關(guān)蛋白質(zhì)被磷酸化 與膜受體結(jié)合 酪氨酸激酶活化 蛋白激酶活化 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子活化 基因轉(zhuǎn)錄 與胞內(nèi)受體結(jié)合 生長(zhǎng)因子 受體復(fù)合物 活化相關(guān)基因 二 生長(zhǎng)因子作用機(jī)制 腫瘤的發(fā)生除了與癌基因的異常活化