癌基因分子生物學(xué)腫瘤發(fā)生的分子基礎(chǔ)

第四章癌基因的分子生物學(xué)

腫瘤發(fā)生的分子基礎(chǔ)第一頁，共50頁。【教學(xué)要求與目的】重點(diǎn)掌握：1.導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生的分子生物學(xué)基礎(chǔ)是什么？2.細(xì)胞癌基因和病毒癌基因的區(qū)別在哪里？3.原癌基因的激活機(jī)制有哪些？4.抑癌基因失活可能引起哪些后果？第二頁，共50頁。人為什么會(huì)得癌癥？癌癥是什么？它從哪里來，又是怎么害人的？癌癥，也叫惡性腫瘤，相對(duì)的有良性腫瘤。腫瘤是指機(jī)體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細(xì)胞異常增生而形成的局部腫塊。良性腫瘤容易清除干凈，一般不轉(zhuǎn)移、不復(fù)發(fā)，對(duì)器官、組織只有擠壓和阻塞作用。但惡性腫瘤還可以破壞組織、器官的結(jié)構(gòu)和功能，引起壞死出血合并感染，患者最終可能由于器官功能衰竭而死亡。第三頁，共50頁。癌癥病變的基本單位是癌細(xì)胞。人體細(xì)胞老化死亡后會(huì)有新生細(xì)胞取代它，以維持機(jī)體功能?？梢姡梭w絕大部分細(xì)胞都可以增生，但這種增生是有限度的，而癌細(xì)胞的增生則是無止境的，這使患者體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗。同時(shí)，癌細(xì)胞還能釋放出多種毒素，使人體產(chǎn)生一系列癥狀。如果發(fā)現(xiàn)和治療不及時(shí)，它還可轉(zhuǎn)移到全身各處生長(zhǎng)繁殖，最后導(dǎo)致人體消瘦、無力、貧血、食欲不振、發(fā)熱及臟器功能受損等。第四頁，共50頁。本來，人體這個(gè)生物機(jī)器運(yùn)行得天衣無縫，然而癌癥改變了這種情形，它的任務(wù)就是破壞。如果繼續(xù)下去，就將拖垮人體。但是，腫瘤不像病毒，不是體外入侵者，它的成分和正常組織一樣，因此機(jī)體無法對(duì)它進(jìn)行識(shí)別免疫第五頁，共50頁。很多人說，人體內(nèi)都有癌細(xì)胞，只不過沒發(fā)展起來。從醫(yī)學(xué)上講，如果能查出癌細(xì)胞，就可以診斷這個(gè)人患癌癥了。所以，這種說法并不正確?，F(xiàn)在醫(yī)學(xué)家認(rèn)為：人人體內(nèi)都有原癌基因，而不是人人體內(nèi)都有癌細(xì)胞。

癌細(xì)胞由何而來？第六頁，共50頁。腫瘤細(xì)胞由“叛變”的正常細(xì)胞衍生而來，經(jīng)過很多年才長(zhǎng)成腫瘤。“叛變”細(xì)胞脫離正軌，自行設(shè)定增殖速度，累積到10億個(gè)以上我們才會(huì)察覺。癌細(xì)胞的增殖速度用倍增時(shí)間計(jì)算，1個(gè)變2個(gè)，2個(gè)變4個(gè)，以此類推。比如，胃癌、腸癌、肝癌、胰腺癌、食道癌的倍增時(shí)間平均是33天；乳腺癌倍增時(shí)間是40多天。由于癌細(xì)胞不斷倍增，癌癥越往晚期進(jìn)展得越快。第七頁，共50頁。原癌基因主管細(xì)胞分裂、增殖，人的生長(zhǎng)需要它。為了“管束”它，人體里還有抑癌基因。平時(shí)，原癌基因和抑癌基因維持著平衡，但在致癌因素作用下，原癌基因的力量會(huì)變大，而抑癌基因卻變得較弱。因此，致癌因素是啟動(dòng)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的“鑰匙”，主要包括精神因素、遺傳因素、生活方式、某些化學(xué)物質(zhì)等。多把“鑰匙”一起用，才能啟動(dòng)“癌癥程序”；“鑰匙”越多，啟動(dòng)機(jī)會(huì)越大。我們還無法破解所有“鑰匙”，因此還無法攻克癌癥。第八頁，共50頁。一、癌基因的發(fā)現(xiàn)1910年Rous發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒(RSV---RNA反轉(zhuǎn)錄病毒）。1963年Dulbeco發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞感染病毒可惡變?yōu)榘┘?xì)胞。1970年Baltimore發(fā)現(xiàn)病毒感染宿主時(shí)，RNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶合成DNA并整合到宿主DNA，從而導(dǎo)致宿主細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。1970年Marein證明細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化與RSV基因組中一個(gè)特定的基因src相關(guān)，該基因被命名為病毒癌基因（viraloncogene,v-onc），即v-src。第九頁，共50頁。

1976年Bishop證明正常細(xì)胞中存在與v-oncogene同源序列——細(xì)胞癌基因(cellularoncogene,c-onc)。與v-src對(duì)應(yīng)者名為c-src。

80年代初Weinberg等幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室通過轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)證明人體細(xì)胞中的癌基因H-ras。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)100多種的oncs。第十頁，共50頁。癌基因（oncogene）：一般可定義為某種基因，它的異常表達(dá)或表達(dá)產(chǎn)物的異常直接決定細(xì)胞惡性表型的產(chǎn)生。就是在致瘤病毒、人體和動(dòng)物腫瘤中發(fā)現(xiàn)的可以導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的核酸片斷。二、癌基因的概念第十一頁，共50頁。病毒癌基因和細(xì)胞癌基因（或者原癌基因）無論病毒癌基因還是細(xì)胞癌基因被激活后均有誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生的作用，所以有時(shí)候我們又將腫瘤細(xì)胞中的癌基因稱為腫瘤癌基因。根據(jù)其來源，癌基因可以分為兩類：第十二頁，共50頁。原癌基因(proto-oncogene，pro-onco)

在人類、哺乳動(dòng)物如大鼠、小鼠，乃至酵母、果蠅中發(fā)現(xiàn)的與腫瘤病毒癌基因的同源順序。這種基因是正常的細(xì)胞基因，其表達(dá)產(chǎn)物的功能在于維持細(xì)胞的正常生長(zhǎng)發(fā)育。但是，這種基因一旦被某些因素激活就會(huì)轉(zhuǎn)變成有轉(zhuǎn)化能力的癌基因。病毒癌基因(virus-oncogene；v-onco)：指病毒核酸能夠使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的片斷。第十三頁，共50頁。細(xì)胞癌基因概述細(xì)胞癌基因是細(xì)胞正常生長(zhǎng)、分化所必需的，是生長(zhǎng)發(fā)育過程中所不可缺少的。這些細(xì)胞癌基因在發(fā)育過程中的一定時(shí)間、一定組織中定量的表達(dá)，產(chǎn)生生命活動(dòng)中所必需的蛋白質(zhì)，促進(jìn)某些生命過程的進(jìn)行，使生長(zhǎng)發(fā)育得以實(shí)現(xiàn)。這些細(xì)胞癌基因在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育過程完成后多處于關(guān)閉狀態(tài)，即不表達(dá)或低表達(dá)。一旦在錯(cuò)誤的時(shí)間，不恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，不適量表達(dá)即可能導(dǎo)致細(xì)胞無限制的增長(zhǎng)而趨于惡性轉(zhuǎn)化。第十四頁，共50頁。病毒癌基因與細(xì)胞癌基因非常相似，主要不同之處在于：細(xì)胞癌基因：含有內(nèi)含子或者插入順序。病毒癌基因：不含有內(nèi)含子。二者在外顯子序列中僅有非常微小的差別，他們的外顯子在進(jìn)化過程非常保守，這表明他們編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)物在進(jìn)化上的重要性。三、病毒癌基因與細(xì)胞癌基因的差別第十五頁，共50頁。根據(jù)癌基因編碼蛋白質(zhì)功能、性質(zhì)進(jìn)行分類。1.蛋白激酶類酪氨酸蛋白激酶：src、fgr、yes。絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶：raf、mos、2.生長(zhǎng)因子類

sisPDGF-2；int-2EGf的相似物；erb-BEGf受體3.GTP結(jié)合蛋白類產(chǎn)物具有GTP酶的活性ras(H-ras；K-ras)4.核蛋白類產(chǎn)物與DNA結(jié)合，與復(fù)制啟動(dòng)有關(guān)myc；fos；jun；erb-A四、病毒癌基因的分類第十六頁，共50頁。

原癌基因的分類與病毒癌基因一樣，根據(jù)其蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能、性質(zhì)可以分為以下幾類：蛋白質(zhì)激酶類：c-raf；c-mos；信息傳遞蛋白類：c-ras家族生長(zhǎng)因子類：c-sis

核蛋白類：c-myc；c-fos五、原癌基因

第十七頁，共50頁。六、癌基因的激活機(jī)制

細(xì)胞中原癌基因可以通過一些機(jī)制被激活，導(dǎo)致基因表達(dá)或過表達(dá)，從而使細(xì)胞癌變，不同的癌基因激活的機(jī)制與途徑不同，一般分為4類:第十八頁，共50頁。癌基因的激活機(jī)制點(diǎn)突變（pointmutation）病毒誘導(dǎo)與啟動(dòng)子插入激活基因擴(kuò)增（geneamplification）染色體易位或重排

(chromosometranslocationorrecombination)第十九頁，共50頁。1.點(diǎn)突變（pointmutation）單個(gè)堿基突變而改變了編碼蛋白質(zhì)的功能使癌基因激活.K-ras，

N-ras，

H-ras，12、13、61codon突變第二十頁，共50頁。突變?cè)恚?/p>

在一些化學(xué)誘變劑，如亞硝胺甲脲(NMU)誘發(fā)乳腺癌細(xì)胞基因組，活化Ha-ras基因，推測(cè)NMU能夠引起鳥嘌呤O6為甲基化。如不能被修復(fù)，則在復(fù)制時(shí)，鳥嘌呤被腺嘌呤取代，則其p21蛋白的序列發(fā)生點(diǎn)突變，導(dǎo)致甘氨酸→天冬氨酸。12位甘氨酸天門冬氨酸GCGCGCGCACATCGCGCGO6

甲基化復(fù)制第二十一頁，共50頁。

2.啟動(dòng)子插入（promoterinsertion）

接種4－12個(gè)月

ALV雞（1日齡）B.C淋巴瘤（

ALV---鳥類白細(xì)胞組織增生病毒，含有LTR，具有啟動(dòng)子，一旦整合到細(xì)胞癌基因c-MYC旁可使之激活）第二十二頁，共50頁。3.基因擴(kuò)增（geneamplification）細(xì)胞學(xué)：均質(zhì)染色區(qū)（HSR）—染色體某個(gè)節(jié)段、相對(duì)解旋、淺染區(qū),染色體增長(zhǎng)。雙微體（DM）—擴(kuò)增的DNA脫離染色體、分散、成雙的染色質(zhì)小體

分子水平：基因拷貝倍增。神經(jīng)母細(xì)胞瘤N-myc第二十三頁，共50頁。DNA擴(kuò)增與癌基因細(xì)胞內(nèi)一些基因通過不明原因的復(fù)制成多拷貝，這些DNA以游離的形式存在稱雙微體（DMS）或再次整合入染色體形成均染區(qū)（HSR），它一般表示染色體結(jié)構(gòu)破壞和不穩(wěn)定性?；蚩截悢?shù)增多往往導(dǎo)致基因表達(dá)增多。因此，可以認(rèn)為基因擴(kuò)增和過量表達(dá)均可影響細(xì)胞正常生理功能。第二十四頁，共50頁。均質(zhì)染色區(qū)（HSR）和雙微（DM）第二十五頁，共50頁。

染色體的易位類似于啟動(dòng)子的插入。染色體的易位導(dǎo)致癌基因的重排，從而激活癌基因。最為典型的是t(9q34；22q11)t(8q24；9q32)4.易位激活第二十六頁，共50頁。第二十七頁，共50頁。染色體重排與癌基因最初研究發(fā)現(xiàn)在淋巴瘤和淋巴細(xì)胞白血病中存在免疫球蛋白或T細(xì)胞受體基因與未知染色體基因易位。導(dǎo)致一些未知基因易位到免疫球蛋白或T細(xì)胞受體。這種排列方式可以導(dǎo)致只在神經(jīng)組織或胚胎細(xì)胞中表達(dá)的基因在有可能在B細(xì)胞或T細(xì)胞中表達(dá)，這種表達(dá)可導(dǎo)致細(xì)胞的增殖和分化異常。第二十八頁，共50頁。

每一個(gè)正常細(xì)胞中有一種特殊的排列可以抑制細(xì)胞分裂，…

假定存在一些抑制分裂確定的染色體，它的丟失將引起腫瘤細(xì)胞的無限生長(zhǎng)…

，另一方面，假定還存在促進(jìn)分裂的染色體，…當(dāng)受到某種刺激激活時(shí)，細(xì)胞就發(fā)生分裂…

，由此可推斷惡性腫瘤細(xì)胞的快速無限增殖的趨勢(shì)，是由于促進(jìn)分裂的染色體的持久優(yōu)勢(shì)所致。

今天，大量的科學(xué)證據(jù)表明：

抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的染色體抑癌基因

促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的染色體癌基因

第二十九頁，共50頁。腫瘤抑制基因/抑癌基因

（TumorSuppressorGene，TSG）

正常細(xì)胞中存在的一類調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖分化的基因，具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖作用。當(dāng)其一對(duì)基因拷貝失活、喪失功能后，形成隱性狀態(tài)才失去抑制腫瘤發(fā)生的作用，故亦稱隱性癌基因。第三十頁，共50頁。腫瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）一類與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的基因，當(dāng)這些基因正常表達(dá)時(shí)，具有抑制細(xì)胞分裂的功能。這些基因的失活或缺失，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞非正常的分裂，正常細(xì)胞有可能轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞。1968年Harris實(shí)驗(yàn)：

癌細(xì)胞系X正常細(xì)胞

無惡性表型細(xì)胞正常癌細(xì)胞（染色體部分丟失）第三十一頁，共50頁。

腫瘤抑制基因(TumorSuppressorGene)又稱為抗癌基因(anti-oncogene)抗癌基因的功能是抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和促進(jìn)細(xì)胞的分化的基因，具體的功能有：

誘導(dǎo)終末分化；維持基因的穩(wěn)定。觸發(fā)衰老，誘導(dǎo)細(xì)胞程序化死亡調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)，抑制蛋白酶活性。改變DNA甲基化酶的活性（甲基化酶可以打開、關(guān)閉、基因，甲基化酶也可以引起基因的突變）促進(jìn)細(xì)胞間的聯(lián)系。第三十二頁，共50頁。第三十三頁，共50頁。

:Rb是一種腫瘤抑制基因。Rb基因（Rbgene）在許多不同的癌腫里處于突變狀態(tài).13q14；200kb；27個(gè)外顯子；948個(gè)氨基酸改變方式：缺失、突變、甲基化。生物學(xué)功能：轉(zhuǎn)錄因子；RB基因被麟酸化后將失去活性，不能抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)。

RB基因第三十四頁，共50頁。認(rèn)識(shí)上的三個(gè)階段：腫瘤抗原癌基因抗癌基因5個(gè)高度保守區(qū)：

13—19；117—142；171—192234—258；270—286。生物學(xué)功能：轉(zhuǎn)錄因子，為將G1期DNA損壞的檢查點(diǎn)。正常的P53

在細(xì)胞中易水解，半衰期為20分鐘突變的P53

在細(xì)胞中不易被水解，半衰期為1.4~7個(gè)小時(shí)。P53基因第三十五頁，共50頁。二．抗癌基因（antioncogene）又名抑癌基因

(tumorsuppressorgeneTSGs)、隱性癌基因。是一種抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和腫瘤形成的基因。在生物體內(nèi)與癌基因功能相抵抗，共同保持生物體內(nèi)正負(fù)信號(hào)相互作用的穩(wěn)定。已發(fā)現(xiàn)10種抗癌基因,如Rb(Retinoblastoma視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤),p53蛋白許多TSGs產(chǎn)物是細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子或是生長(zhǎng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄抑制子。它的非活性形式能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。第三十六頁，共50頁。

首先發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤發(fā)現(xiàn)Rb基因缺失呈雜合體時(shí)，細(xì)胞是正常的，缺失純合體時(shí)細(xì)胞轉(zhuǎn)化。顯示該基因是純合隱性致癌。Rb純合缺失后致癌表明Rb基因存在時(shí)對(duì)腫瘤細(xì)胞有抑制作用，因此Rb是腫瘤抑制基因。

del(13)(q14)第三十七頁，共50頁。

腫瘤抑制基因也稱抑癌基因或隱性癌基因（recessiveoncogene）。腫瘤抑制基因的概念最初是60年代在腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞雜交研究的基礎(chǔ)上提出的。正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞融合形成的雜交細(xì)胞不具備腫瘤細(xì)胞表型，此外，正常細(xì)胞的染色體可以逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞表型。因此，人們提出了正常細(xì)胞中可能存在抑制腫瘤發(fā)生的基因，稱為腫瘤抑制基因（tumorsuppressorgene，TSG）。第三十八頁，共50頁。小結(jié)腫瘤的發(fā)生既有環(huán)境因素的作用，也有遺傳因素的作用。無論是原癌基因還是抑癌基因，都是調(diào)控細(xì)胞正常生長(zhǎng)、增殖與分化的基因。腫瘤的發(fā)生是一個(gè)多因素、多階段、累計(jì)漸進(jìn)的過程。第三十九頁，共50頁。NormalcellsCancercellsG1SG2MG0RBApoptosisE2FSurvivalorDeath第四十頁，共50頁。

調(diào)節(jié)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄LTR

gagpolenv

srcLTR

長(zhǎng)末端重復(fù)序列癌基因正常的病毒基因產(chǎn)生病毒核心蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒外膜蛋白產(chǎn)生酪氨酸激酶*病毒基因組結(jié)構(gòu)第四十一頁，共50頁。目錄第四十二頁，共50頁。目錄第四十三頁，共50頁。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