第八章 疾病與人類健康(癌基因與抑癌基因)

1、第八章 癌基因和抑癌基因,本章我們討論1. 癌基因（細胞癌基因 . 病毒癌基因 . 原癌基因 ）和抗癌基因（抑癌基因）的概念2 .癌基因的分類3 .癌基因產物 的作用4 .癌基因激活的機理5 .抑癌基因表達失效的機理第一節(jié) 概 述 正常細胞轉化為惡性腫瘤（tumor）細胞是一個復雜而漫長的過程。從分子生物學角度來看，這是細胞分子生物調控機制從量變到質變長期積累的后果。人們認為，正常細

2、胞的原癌基因和抑癌基因以正負信號調節(jié)細胞的增殖分化。而人癌細胞中原癌基因和抑癌基因的異常改變失去了對細胞的調控能力，從而導致了細胞惡性轉化，無控制生長，侵襲和轉移。正常細胞增生受到嚴格調控和制約，而腫瘤細胞是一種惡性增生細胞。,一、腫瘤細胞惡性增殖特性 （一）腫瘤細胞失去了生長調節(jié)的反饋抑制 正常細胞受損 ,一旦未能恢復原狀，細胞就會停止增殖，但是腫瘤細胞不受這一反饋機制抑制。 （二）腫瘤細胞失去了細胞分裂的

3、接觸抑制。 正常細胞體外培養(yǎng)，相鄰細胞相接觸，長在一起，細胞就會停止增殖，而腫瘤細胞生長滿培養(yǎng)皿后，細胞可以重疊起生長。 （三） 腫瘤細胞表現(xiàn)出比正常細胞更低的營養(yǎng)要求。 （四）腫瘤細胞生長有一種自分泌作用，自己分泌生長需要的生長因子和調控信號, 促進自身的惡性增殖。,二、癌基因的定義 癌基因（oncogene, onc）是細胞內控制細胞生長的基因，在異常表達時，這些基因不受體內各種調節(jié)因素的

4、影響，可持續(xù)表達或過高表達，其產物可以使細胞持續(xù)增殖。三、病毒癌基因（virus oncogene，v-oncogene，v-onc） 是存在于病毒基因組中的癌基因，這種基因不編碼結構成分，對病毒的復制無作用，但可使細胞持續(xù)增殖。,（二）病毒本身具有完整的轉錄啟動成分，當病毒進入細胞，其結構成分逆轉錄酶將病毒逆轉錄成cDNA，cDNA重組插入到細胞的基因組，病毒基組可利用細胞內由各種調控蛋白進行轉錄和表達，病毒癌基因也

5、隨之表達，無需特殊激活機制。1________1________1________1__ gag pol env src 逆轉錄 插入RNA cDNA

6、 宿主細胞基因組→利用宿主酶和調控蛋白→病毒癌基因表達,,（一）病毒癌基因最先是在勞氏肉瘤病毒（Rous sarccma virus，RSV）中發(fā)現(xiàn)的1  、 Rsv是致癌的RNA逆轉錄病毒（也稱RNA腫瘤病毒）.2 、RNA腫瘤病毒基因組的基本結構包含了3個基因區(qū)，除此之外，還有第四個基因：Src 病毒癌基因不 編碼結構成分，對病毒的 復制亦無作用 但可使細胞增殖。

7、 3  、不同腫瘤病毒的 v-onc是不同的，但共同特點是可以使細胞增殖。4、不同腫瘤病毒的深入研究 ,不僅對病毒致癌機制有了較深入的了解，更重要的是促使人們發(fā)現(xiàn)了細胞癌基因，為探索腫瘤發(fā)生根本原因及腫瘤發(fā)生機制研究開創(chuàng)了新紀元,,,四、細胞癌基因 近年來，利用重組DNA和核酸探針技術，證實了在正常真核細胞基因組，包括人的正常有與v-onc同源順序的基因，其功能是控制細胞生長，這就是細胞癌基因。

8、,細胞癌基因（cellular oncogene ,c-onc）是在正常的真核細胞基因組中存在的有與v-onc 同源序列的基因，其功能是控制細胞生長。這就是細胞癌基因。（一）細胞癌基因在進化過程中是高度保守的，很多c-onc見于節(jié)肢動物（如果蠅），甚至見于酵母。（二）c-onc是生命活動的基礎，與細胞增殖分化密切相關，其表達與個體發(fā)育有關，受到嚴格程序調控，但并不具有致癌性。,（三） c-onc也稱為原癌基因（proto-oncg

9、ene）有兩層含義： 1.原癌基因是不發(fā)揮致癌作用的c-onc，正常情況是與細胞增殖有關的基因。 2. v-onc來源于原癌基因，目前所知v-onc，在哺乳動物都可以找到與之相對應的c-onc，具有相似的核苷酸序列，編碼結構和功能相似的產物，反之則不然，目前發(fā)現(xiàn)幾種c-onc沒有相應的 v-onc。另一方面，細胞具有c-onc，但沒有與之相關的癌基因成分?，F(xiàn)在一般認為v-onc源于c-onc，是病毒基因組與細

10、胞基因組發(fā)生重組而形成的。,第二節(jié)        癌基因的分類 目前對癌基因尚無統(tǒng)一分類的方法，一般有下面3種分類方法：一、 按結構特點分（6）類 （一）src 癌基因家族 （二）ras 癌基因家族 （三）sis 癌基因家族 （四）myc 癌基因家族 （五）myb 癌基因家族 （六）其它：如fos，erb－A等。

11、,二、 按產物功能分（8）類（一）生長因子類（二）酪氨酸蛋白激酶（三）膜相關G蛋白（四）受體， 無蛋白激酶活性（五）胞質絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（六）胞質調控因子（七）核反式調控因子（八）其它: db1 、bcl－2,三、按細胞增殖調控蛋白特性分成（4）類（一）生長因子 （二）受體類（三）細胞內信號轉換器（四）細胞核因子,第三節(jié)        癌基因

12、產物的作用一、癌基因產物作用的一般特點 （一）目前發(fā)現(xiàn)c-onc都是單拷貝基因，且均為結構基因.（二）癌基因產物可分布在膜質核也可分泌至胞外.癌基因產物生成后，往往需要經(jīng)過修飾，加工方能獲得與其細胞成分的親和特性，其對細胞增殖分化一般是增強作用.（三）研究較多的猴肉瘤病毒（simian sarccma virus，SSV ）v-sis二、癌基因產物本身是生長因子 人的c-sis位于22號染色體，編碼產物P

13、28sis氨基酸順序與PDGF（血小板生長因子）的B 鏈相似，P28sisBB二聚體化，就有刺激生長活性（它結合并激活纖維母細胞PDGF受體，刺激DNA合成）（PDGF 是雜二聚體，也有 A-A/B-B同源二聚體) 單抗可以封閉PDGF，P28sisD’NA合成 刺激生長活性

14、 癌基因編碼產物（結構）與生長因子不一樣，但可發(fā)揮一樣的刺激作用，并且是持續(xù)的刺激.,三、癌基因產物作用于細胞信號轉導系統(tǒng), 加強信號轉導作用 生物信號是怎樣從胞外傳至胞內的？即生物信息的跨膜傳遞機制如何？這一直是細胞生物學的研究熱點和前沿課題。 胞外信號 作用于 膜表面受體→胞內信使物質的生成便意味著胞外信號跨膜傳遞的完成。胞內信使至少有：cAMP（環(huán)磷酸腺苷）IP3（三磷酸肌醇）PG

15、 （前列腺素）cGMP（環(huán)磷酸鳥苷）DG（二?；视停〤a2＋（鈣離子）CAM（鈣調素）它們是如何激發(fā)細胞內一系列復雜反應的其主要機制是通過蛋白激酶活化引起底物蛋白一連串磷酸化的生物信號反應過程, 跨膜機制涉及到： （一）質膜上cAMP信使系統(tǒng) （二）質膜上肌醇脂質系統(tǒng) 這兩個系統(tǒng)都是由受體鳥苷酸調節(jié)蛋白（GTP-regulatory protein，G蛋白）和效應酶（腺苷酸環(huán)化酶磷脂酶等）組成，有

16、相似的信號 轉導過程：即受體活化后引起GTP與不同G蛋白結合活化和抑制效應酶從而影響胞內信使產生而發(fā)生不同的調控效應。 （三）受體操縱的離子通道系統(tǒng) （四）受體酪氨酸蛋白激酶的轉導 （五）受體 內部化 的信息傳導途徑 與本章關系密切的 是（二）肌醇脂質系統(tǒng)（四）Tyr激酶自身轉導,1、受體型酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase Tyr-pk） 是蛋白激酶的一種

17、，能特異催化由ATP向蛋白質或多肽底物Tyr殘基轉移磷酸基團而命名，該酶一般性質是：（1）只能特異地使Tyr殘基磷酸化；（ 2）反應需要Mn2＋存在和ATP 摻入；（3）癌基因產物蛋白激酶均能使其催化區(qū)的同源Tyr殘基磷酸化，即自我磷酸化；（4）  除生長因子外，目前尚未發(fā)現(xiàn)Tyr-pk活性受任何因子的直接影響，它既不受c-AMP/cGMP，也不依賴Ca2＋ 、磷脂鈣調素蛋白。在分布上，Tyr-pk不能作為1個獨立物質

18、分泌于胞外，而是與生長因子受體，癌基因產物相伴，或在胞核或在胞漿，以可溶形式出現(xiàn)，而質膜則與Tyr-pk有密切聯(lián)系。 Tyr殘基磷酸化可能與淋巴因子刺激，發(fā)育分化及致癌病毒誘導的腫瘤過程有關。（所有動物含少量Tyr殘基，量處于平衡，說明體內有Tyr-pk，還有水解磷酸酪氨酸酶存在）  EGF與受體結合有TPK（Tyr-pk）活性（EGF-R）erb-B2癌基因與EGF-R的膜內分布有82%同源（互補

19、性）缺少膜外部分（圖14-1，P302）其產物是TPK 使Tyr磷酸化開啟信號轉導膜開關erb-B2和v- erb-B同源性非常高，在（唾液，胃）腺癌，乳腺癌該onc檢出率高，表明erb-B2可導致上述細胞惡變。,2 、非受體型酪氨酸蛋白激酶 研究的較早的是src，其產物為P60-src與P60csrc比較，P60v-src①分布廣泛②作用底物更多使許多蛋白質磷酸化導致：①    代謝加快

20、↑如糖酵解↑產物↑②    Tyr磷酸化水平↑③  本身具有肌醇磷脂激酶作用，使PI磷酸化，致DG和IP3的前體物和PIP2 增加④    體外實驗 用E26-myb（白血病毒）Ok10V-myc（白血病毒） 雞骨髓細胞；但被有Src基因逆轉錄病毒超感染后，可以不依賴cMGF（myelomonayti

21、c growth factor，骨髓單核細胞生長因子）使該細胞持續(xù)增殖。 3、肌醇磷脂系統(tǒng) 肌醇脂質（inositol lipids）是肌酸磷脂（inositol phosphol lipids）和肌酸磷酸脂（inasphates）的總稱。肌酸磷酸脂存在于胞漿，肌酸磷酯是生物磷脂的組分，共同特征是含有肌醇（myoincsitol）。哺乳動物膜含有①磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）②磷脂

22、酰肌酸-4-磷酸（（PI（4）P或PIP）③磷脂酰肌醇4，5二磷酸（PIP2），IP3特指肌醇1，4，5三磷酸，是環(huán)己六醇與磷酸戊酯即為肌酸磷酸酯和DG(二?；视停┚哂械诙攀沟淖饔谩?,轉化,cMGF,GTP和GDP結合蛋白 G蛋白（全稱GTP結合蛋白或GTP結合調節(jié)蛋白)是廣泛存在于各種組織的細胞膜上，在受體與效應酶之間起主要的調節(jié)作用，是G蛋白偶聯(lián)受體與效應酶（或離子通道）之間中介物質，是一種酶。 Ra

23、s蛋白是 G蛋白家族的新成員 P21ras有GTP酶活性，可以結合水解GTP→GDP 、 EGF-R可刺激P21ras的GTP結合活性。 異常情況下，P21ras（如ras點突變激活）水解GTP能力↓結合GTP能力↑→持續(xù)處于激活狀態(tài)→使磷脂酶C水解PIP2→IP3↑+DG，持續(xù)增高，導致細胞激活。（P21ras水解GTP→GDP，本身失活，也解除對磷脂酶的作用）,四、核反式調控因子————影響基

24、因表達調控 反式調控因子（trans-acting factor） 是蛋白質，是基因產物，是含大量，序列特異性的（DNA）結合蛋白，可與RNApol相互作用，影響基因表達的調控。順式調控元件（cis-acting element）是核酸，是DNA，是那些對結構，基因表達有調控作用的序列如啟，序列如啟 動子和增強子。核酸。 基因表達調控從化學本質來說是核酸 蛋白質 相互作用來完成的。癌基因產物是

25、核反式調控因子，且基因本質上是調控因子，癌基因編碼反式作用因子引起細胞轉化機制不清楚，如新近發(fā)現(xiàn)：47KDC-myc與 異二聚體→促進細胞DNA合成↑max蛋白配對若c-myc持續(xù)過高表達，則使細胞增殖，分化↑,五、癌基因產物的協(xié)同作用 實驗證明，用ras或myc分別轉染細胞，可使細胞長期增殖，但不能轉化成癌細胞 ，在裸鼠體內也不能形成腫瘤。但用ras+

26、myc同時轉染細胞，則使細胞轉化成癌細胞。 說明：致癌至少需要2種或以上的onc協(xié)同作用，2種onc在2條通路上發(fā)揮作用，由于細胞增殖調控是多因子，多階段影響的結果。而影響增殖分化的onc 達幾十種之多，所以大多數(shù)人認為：癌發(fā)生是多階段多步驟的。,第四節(jié)       癌基因的激活癌基因不表達→表達受控制→不受控制不致癌→致癌 稱癌基因激活（惡性

27、激活） （maligant activation ）機理如下：,一、前病毒插入 前病毒 整合到宿主染色體中去的病毒DNA（不管是源于DNA還是RNA病毒）稱之為前病毒。這段DNA可隨宿主DNA一起復制傳給子細胞。1、轉錄激活 1987年Hayward和Astrin等同時發(fā)現(xiàn)雞白血病病毒（avian cell kemia virus ALV）感染

28、細胞后，可以激活細胞c-myc原癌基因，誘發(fā) 雞B細胞淋巴瘤。5′ ALV1 1 c-myc 3′ ALV本身沒有轉化基因，即v-onc，但其病毒兩端LTR（長末端重復序列l(wèi)ong terminal repeat sequence ，即反向倒轉重復順序，如ACTGA-TGAGT/TGACT-AGTCA 的啟動子啟動c-myc的轉錄，該啟動子不受細胞的調控，持續(xù)轉錄，導致細胞癌

29、變。,2、翻譯激活 實驗證明，翻譯效率與起始密碼前的5′-非編碼區(qū)的AUG有關，該AUG稱5′-AUG，去掉5′-AUG，翻譯效率就提高。（例如，1988Marth JD發(fā)現(xiàn)的病毒引起的LCK原癌基因的激活就屬此例。LCR編碼TPK ，P56lck。） 在LAStRA淋巴瘤細胞中，由于lck編碼的TPK （酪氨酸蛋白激酶LCR）的激活而導致白血病的發(fā)生。酶激活的原因是： 前病毒Mo-MLV（

30、moloney 小鼠白血病病毒）插入使宿主基因發(fā)生了重排，重排LCK基因的轉錄本（transcript）起始于前病毒LTR，使LAStRA的LCKmRNA轉錄提高了7倍，翻譯產物提高了50多倍。 宿主因此失去了（正常LCKmRNA5′非編碼區(qū)的）177bp，取而代之的是病毒LTR240bp,正常的LCK mRNA 的起始密碼（AUG）前有3個5′AUG5′ LCK AUG AUG AUG

31、 AUG 3′①  點突變使第2個AUG變?yōu)镃UG，翻譯效率增加3-4倍②  使5′端138bp核苷酸顛倒而 清除3個AUG翻譯效率增加7倍③  缺失138bp核苷酸序列而消除3個AUG，翻譯效率增加9-10倍。 正常情況下，含5′-AUG的基因在哺乳類基因中僅占10%，而在原癌基因中占65%，可見原癌基因受到嚴密的調

32、控，這是一種調控機制。 trsanscript(轉錄本)-每一個基因都有特定的閱讀框，閱讀框規(guī)定了那3個核苷酸成為1組讀做1個密碼子，這是由起始密碼子AUG決定的，閱讀從第一個字母開始到最后一個字母結束，閱讀方向5′→3′，翻譯方向是N→C，這樣才能合成一個正常的多肽。（RNApol 作用的起始位與終止點之間的DNA順序（稱轉錄單位）的產物，即mRNA））。,二 、癌基因突變 1. 突變使原癌基因產物激活

33、 前面提到（ras的）P21ras是G蛋白家族新成員，可以結合水的GTP，有GTP酶活性。 但當c-ras第12，13，59，61位密碼子中任何1個發(fā)生突變時，P21ras 可以結合靶分子，但GTP酶活性降低了10倍左右，與正常P21蛋白比較，GTP酶活性低1000 倍左右。突變后P21ras不能迅速水解GTP-GDP，持續(xù)保持對磷脂酶C的刺激→使第二信使DG，IP3持續(xù)↑ →細胞持續(xù)增殖，導致腫瘤發(fā)生

34、。,2. 突變或缺失使原癌基因產物功能改變 正常情況下，c-src蛋白的Tyr527被磷酸化→并以頭尾自身締結折疊到其同源（互補）結構的SH-2區(qū)，使TPK隱匿，TPK活性下降↓若：Tyr527脫磷酸或被其它激活SH-2區(qū)隱形結合→則src蛋白SH-2區(qū)結合→激酶TPK暴露→使多種底物Tyr磷酸化，其中包括細胞信號轉導中重要的酶和調節(jié)蛋白被活化→信息分子↑→細胞增生轉化。,,,三、 染色體易位與基因重排

35、染色體易位——染色體一部分跑到（易位）另一染色體上去了 基因重排——DNA分子一部分斷鏈，新的部位重接，然后基因發(fā)生重新排列組合的過程。（按照達爾文進化觀點，沒有突變，沒有變異，沒有易位和重排，就沒有進化，進化對于個體是不幸的，導致癌癥和分子病。染色體85%不活躍，15%活躍）。 染色體易位往往導致基因重排對原癌基因導致兩種后果： ①表達融合蛋白——易位使1個原癌基因與1個基因重排在一起，

36、產生1個融合基因，表達1個融合蛋白，這個蛋白具有轉化活性 ②原癌基因異常異位表達——將原癌基因置于另一個旺盛表達基因的控制之下，就會使之異常異位表達,（一）易位基因融合導致原癌基因產物功能激活如CML存在染色體易位和基因融合①易位 t9。22： c-sis 斷裂點 bcr ←

37、 斷裂點 c-abl 融合 → c-sis 9 c-abl22 9 22 ph染色體②融合：“ bcr-ab1”融合，融合基因有原癌基因c-abl。③原癌基因產物功能的

38、激活 c-abl是TPK類的癌基因，非受體型，體外實驗表明該基因編碼的產物不具有激酶活性，而“bcr+c-abl”產生的P210 bcr+abl具有較高的TPK↑活性。Ph（philadelphia）染色體，在費城首次發(fā)現(xiàn)的。,,,,,,,,,（二）染色體易位導致原癌基因的轉錄激活 c-myc位于8號染色體上，易位至14號染色體上，表達增加，原因是可能是移至1個非?；顒拥幕蛭恢茫↖g基因）被激活。,四、癌基因擴增

39、 一般癌基因多為單拷貝（copy，單拷貝，即1份）基因。（拷貝數(shù)（copy number 細胞所含的按每一基因組計算的某種質?；蚧虻臄?shù)目） 癌基因擴增導致癌基因過度表達，原因是： （一）轉錄過程↑ （二）基因拷貝數(shù)增加↑如：人早幼粒白血病HL-60細胞比相應的細胞c-myc多20多倍，已發(fā)現(xiàn)許多癌細胞中有癌基因擴增，結果導致癌基因過剩。 癌基因擴增常

40、伴有染色體易位。,第五節(jié)    抑癌基因一、抑癌基因的定義 抗癌基因（antioncogene）是最初的叫法，大約可以追溯到1985 年左右，現(xiàn)多稱為抑癌基因（tumor suppressor gene），這是一類可 抑制細胞生長并有潛在抑癌作用的基因，當它失活后，可能使癌基因充分發(fā)揮作用而導致癌的發(fā)生發(fā)展。 如果要確定某一特定組織或細胞惡性腫瘤的抗癌基因，需滿足以下

41、三個 條件： ①在癌的相應正常組織中必須有正常的表達； ②在惡性腫瘤中。相應基因應有所改變，包括點突變，片斷缺失或 表達缺陷； ③ 導入該基因缺陷的惡性腫瘤細胞中將部分或全部抑制惡性表型。,二、抑癌基因的作用 癌基因通過表達行使其功能，而抑癌基因往往相反，當正常表達失效，往往導致細胞惡變。下面討論幾種抑癌基因的作用。（一）RB基因（人視網(wǎng)膜母細胞瘤基因）

42、 人視網(wǎng)膜母細胞瘤基因（retinoblastoma，RB）是一種遺傳性腫瘤該瘤有40%家族性，上一代父母或姐妹中有此類病人，發(fā)病年齡較小，多在4-5歲兒童期，雙眼受累，及60%多散發(fā)性，多為成年人，單眼受累。 1. 定位：13q14 2. 產物及功能： 編碼P105RB的核蛋白，可與DNA結合，屬反式調控因子，其活性受磷酸化（有活性）/去磷酸化調節(jié)。① 提供細胞增殖，分化負調控

43、信號，阻止細胞進入S期；② 阻斷c-fos，抑制c-vmyc表達； 3. 突變： RB基因在人視網(wǎng)膜母細胞瘤存在點突變/片段缺失mRNA表達下降及蛋白產物缺失。 在骨肉瘤，肺癌，乳腺癌及膀胱癌中亦可檢出其缺陷。,（二） P53 基因1. 定位：17P2. 產物及功能： 編碼P53的核蛋白，為反式因子，活性受磷酸化。/非磷酸化 （活性）的調節(jié) （1）可阻斷細胞進

44、入S期，細胞增殖負調控因子 （2）可抑制c-myc表達及功能 （3）P53的一個等位基因突變，其產物可抑制另一個野生型產物的作用，通過蛋白-蛋白作用而失活，這種現(xiàn)象稱顯性陰性（dominant negative） （4）P53突變協(xié)助ras基因致癌，P53成為癌基因，這稱為顯性致癌（dominant oncogenic）,（三）P16 基因 1. 定位：9p21 2

45、. 產物及功能： （1）抑制cylinD/CDk4（周期蛋白依賴激酶4）及CDk正控因子D，抑制RB的磷酸化，阻止DNA轉錄，G1-S的轉換，抑制CDk60 （2）與多種癌的發(fā)生，發(fā)展密切相關，有多種腫瘤抑制物之稱,有望成為腫瘤早期診斷臨床分期及預后的主要指標。（四）BRCAI 基因 1. 定位：17q21 2. 產物及功能： 乳腺或卵巢細胞若缺少它所產生的蛋