生物化学与分子生物学第二十三章癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子

第二十三章,癌基因、肿瘤抑制基因 与生长因子 Oncogenes, Tumor suppressor gene and Growth Factors,癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子的关系,癌基因,抑癌基因,细胞,生长因子,正调控,负调控,产物,癌基因和肿瘤抑制基因在细胞增殖中的作用,在基因水平上促使细胞增殖及凋亡失衡，导致细胞恶性变的原因有：, 控制细胞增殖的原癌基因活化或肿瘤抑制基因失活； 促细胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因功能增强； DNA修复基因失活，使突变在细胞内积累，并且累及到调节细胞增殖及细胞凋亡的基因。,癌基因 Oncogenes,第一节,基因组内正常存在的基因，其编码产物通常作为正调控信号，促进细胞的增殖和生长。癌基因的突变或表达异常是细胞恶性转化（癌变）的重要原因。,癌基因(oncogene),癌基因最早在可导致肿瘤发生的病毒中被鉴定。后来的研究发现，这些基因原本就存在于大部分生物的正常基因组中，因而癌基因又被称为细胞癌基因（cellular oncogene，c-onc）或原癌基因（proto-oncogenes，pro-onc）。存在于病毒中的被称为病毒癌基因（virus oncogene，v-onc）。,一、癌基因的基本概念,凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信号转导分子以及与生长有关的转录调节因子等的基因。,广义的“癌基因”,广泛存在于生物界 基因序列高度保守 表达产物对细胞正常生长、繁殖、发育和分化起着精确的调控作用。 基因结构发生异常或表达失控，导致细胞生长增殖和分化异常,（一）细胞癌基因,特点:,功能上相关的癌基因家族分类,src家族：产物多具有酪氨酸蛋白激酶活性，能促进增殖信号的转导。 ras家族：编码小G 蛋白p21，参与cAMP水平的调节。 myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。 sis家族：编码的p28，能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖。 myb家族：核内转录因子,人体内细胞癌基因的分类及功能举例,癌基因最早发现于逆转录病毒中。1911年，F. Rous医生首次提出病毒引起肿瘤，但直到上一世纪50年代才得到实验证实，命名为罗氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma Virus，RSV）。,（二）病毒癌基因,病毒基因组结构,病毒癌基因v-src来源于宿主细胞的C-SRC基因,（一）获得启动子与增强子,二、癌基因活化的机制,逆转录病毒感染细胞后，病毒基因组所携带的长末端重复序列（LTR内含较强的启动子和增强子）插入到细胞原癌基因附近或内部, 启动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的转录水平，使原癌基因过度表达或由不表达变为表达，从而导致细胞发生癌变。,（二）染色体易位,在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位和重排，使原来无活性的原癌基因移至强的启动子或增强子附近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生。,（三）基因扩增,原癌基因可通过基因扩增（gene amplification）使基因拷贝数可升高几十甚至上千倍不等，发生扩增的机制目前尚不清楚。基因扩增可致编码产物过量表达，细胞发生转化。,（四）点突变,原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，发生单个碱基的替换点突变(point mutation), 从而改变了表达蛋白的氨基酸组成，造成蛋白质结构的变异。,癌基因活化的4种机制示意图,出现新的表达产物 出现过量的正常表达产物 出现异常、截短的表达产物,癌基因激活的结果：,作用于细胞膜上的受体系统或直接被传递至细胞内，通过蛋白激酶活化转录因子，引发一系列基因的转录激活。,三、原癌基因的产物与功能,sis表达蛋白P28和PDGF一样能促进血管的生长。,（一）细胞外生长因子,例如：,（二）跨膜的生长因子受体：,接受细胞外的生长信号并将其传入胞内。受体的胞质结构区具有特异的蛋白激酶活性，通过磷酸化作用使其结构发生改变，增加激酶对底物的活性，促进生长信号在胞内的传递。,例如,c-src、c-abl有酪氨酸特异的蛋白激酶活性。 c-mos和raf所编码的激酶使丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。,非受体酪氨酸激酶(src，abl)、丝氨酸/苏氨酸激酶(raf)，ras蛋白(H-ras，K-ras和N-ras)及磷脂酶(crk产物)。,（三）细胞内信号传导分子,原癌基因的产物作为胞内信息传递体系成员，或者通过影响第二信使作用，将接受到的信号由胞内传至核内，促进细胞生长。,例如：,（四）核内转录因子,某些癌基因表达蛋白定位于细胞核内，与靶基因的顺式调控元件相结合直接调节靶基因的转录活性。,例如：,c-fos是一种即刻早期反应基因(immediate early gene，IEG)。作为传递信息的第三信使。,原癌基因BRAF所编码的蛋白质属于丝/苏氨酸激酶，是MAPK信号通路的重要组成分子，在调控细胞增殖、分化等方面发挥重要作用。,四、癌基因表达产物促进肿瘤发生发展,约60%的黑素瘤中BRAF发生突变，其第600位氨基酸从缬氨酸突变为谷氨酸（V600E）最为常见，导致B-Raf的持续激活。,（一）BRAF,例如：,HER2是表皮生长因子受体家族成员，具有蛋白酪氨酸激酶活性，能激活下游信号通路，从而促进细胞增殖和抑制细胞凋亡。,在30%的乳腺癌中HER2基因发生扩增或者过度表达，其表达水平与治疗后复发率和不良预后显著相关。,（二）HER2,例如：,慢性粒细胞白血病患者的9号染色体与22号染色体之间发生易位，从而融合产生了癌基因BCR-ABL，编码的蛋白质Bcr-Abl具有持续活化的蛋白酪氨酸激酶活性，能促进细胞增殖，并增加基因组的不稳定性。,在95%的慢性粒细胞白血病患者中都伴随有BCR-ABL融合基因的产生，在一些急性淋巴白血病患者中也有发现。,（三）BCR-ABL,例如：,肿瘤抑制基因 tumor suppressor gene,第二节,肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene),肿瘤抑制基因的概念,也称抗癌基因（anticancer gene）或抑癌基因，是调节细胞正常生长和增殖的基因。当这些基因不能表达，或者当它们的产物失去活性时，细胞就会异常生长和增殖，最终导致细胞癌变。反之，若导入或激活它则可抑制细胞的恶性表型。,早在20世纪20年代，T. Boveri就提出正常细胞中存在特异的抑制细胞增殖的因素，并假定与染色体有关。 20世纪60年代，H. Harris开创了杂合细胞的致癌性研究 A. Knudson在研究视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，Rb）的流行病学中发现,一、肿瘤抑制基因的发现,细胞杂交试验,二、肿瘤抑制基因的功能,常见的某些肿瘤抑制基因及其功能,（一）视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,mRNA,DNA,三、肿瘤抑制基因失活促进肿瘤发生发展,Rb磷酸化与细胞周期控制,（二）TP53,P53蛋白,解链酶,复制因子A,P21蛋白,细胞停滞于G1期,细胞调亡,DNA损伤,P53蛋白,P53蛋白,p53的结构及其在清除DNA损伤细胞中的作用,P53基因突变不仅失去野生型p53抑制肿瘤增殖的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基因功能。 突变的P53蛋白与野生型P53蛋白相结合，形成的这种寡聚蛋白不能结合DNA，使得一些癌变基因转录失控导致肿瘤发生。,（三）PTEN,PTEN基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因）是继TP53基因后发现的另一个与肿瘤发生关系密切的肿瘤抑制基因。,PTEN通过阻断PI3K/AKT信号通路抑制细胞的生长,四、肿瘤抑制基因与疾病,RB APC VHL,肿瘤抑制基因在细胞增殖、生长、分化过程中发挥重要作用，其功能缺失会导致肿瘤等相关疾病的发生，研究肿瘤抑制基因发挥作用的相关分子机制能够为分子靶向治疗策略提供理论依据，也为攻克癌症等顽疾带来曙光。,五、癌基因与肿瘤抑制基因在肿瘤发生中的作用特点,在基因水平上，或通过外界致癌因素，或由于细胞内环境的恶化，突变基因数目增多，基因组变异逐步扩大； 在细胞水平上则要经过永生化、分化逆转、转化等多个阶段，细胞周期失控细胞的生长特性逐步得到强化。 结果组织从增生、异型变、良性肿瘤、原位癌发展到浸润癌和转移癌。,（一）细胞癌变的多基因协同,从基因角度认识结肠癌的发生和发展,（二）细胞周期和细胞凋亡的分子调控是肿瘤进展的关键,癌基因和肿瘤抑制基因与细胞周期 细胞周期调控体现在细胞周期驱动和细胞周期监控两个方面，后者的失控与肿瘤发生发展的关系最为密切。细胞周期监测机制由DNA损伤感应机制、细胞生长停滞机制、DNA修复机制和细胞命运决定机制等构成。 癌基因、肿瘤抑制基因与细胞凋亡 细胞除了生长、增生和分化等现象之外，还存在细胞死亡现象，即程序性细胞死亡或凋亡。有些肿瘤抑制基因的过量表达可诱导细胞发生凋亡，而与细胞生存相关的癌基因的激活则可抑制凋亡，细胞凋亡异常与肿瘤的发生发展的密切相关。,促进正常细胞向肿瘤细胞转化的因素,生长因子 Growth factors,第三节,生长因子(growth factor),一类由细胞分泌的、类似于激素的信号分子，多数为肽类（含蛋白类）物质，具有调节细胞生长与分化的作用。,内分泌 (endocrine) 旁分泌 (paracrine) 自分泌 (autocrine),作用模式 ：,一、生长因子的分类和功能,（一）生长因子的分类,（二）生长因子的功能,生长因子的生物学效应主要表现在促进细胞生长、分化、促进个体发育等方面。但是有些生长因子具有双重调节作用或负调节作用。 同一生长因子对不同细胞的作用有所不同 一种细胞也可受不同生长因子调节 具有负调节作用的生长因子比较少，人们通常把这种负调节因子（negative growth factor）称为细胞生长抑制因子。,产生相应第二信使,胞内相关蛋白质被磷酸化,与膜受体结合,酪氨酸激酶活化,蛋白激酶活化,核内转录因子活化,基因转录,与胞内受体结合,生长因子 - 受体复合物，活化相关基因,二、生长因子作用机制,肿瘤的发生除了与癌基因的异常活化以及肿瘤抑制基因的异常失活密切相关外，其与生长因子及其受体的高度活化亦紧密相关，如EGF、VEGF、TNF及IGF、PDGF等的过度表达能导致相应的肿瘤发生。,三、生长因子与疾病,（一）生长因子与肿瘤,myc、fos的激活促平滑肌细胞增生； p53低表达或突变。,2. 动脉粥样硬化：PDGF过量产生,ras、myb、myc、fos等过量表达，有关的生长因子有IGF、TGF、FGF。,（二）生长因子与心血管疾病,3. 心肌肥厚：,1. 原发性高血压：,思考题,癌基因和抑癌基因如何协同调节细胞正常生命活动 活化细胞癌基因有哪些主要方式 如何从基因的角度认识癌症的发生和发展 生长因子如何调节细胞的生命活动,