分子腫瘤學(xué)3癌基因與抑癌基因

1、一、癌基因,概念： 癌基因（oncogene）是一類被激活的基因，能促進(jìn)惡性表型的形成，而激活意味著原癌基因（proto-oncogene)的表達(dá)在質(zhì)和量上的改變。,（一）病毒癌基因 virus oncogene,病毒癌基因（virus oncogene,v-onc）： 腫瘤病毒(大多數(shù)是逆轉(zhuǎn)錄病毒)中存在的能使靶細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因稱為v-onc。,1、RNA腫瘤病毒與癌基因,最初是在Rous肉瘤病毒

2、（Rous Sarcoma Virus,RSV,為一種逆轉(zhuǎn)錄病毒）中發(fā)現(xiàn)的，第一個病毒癌基因被稱為v-rsc,該序列在病毒基因組中不編碼病毒的結(jié)構(gòu)成分，對病毒的復(fù)制也無作用。 病毒癌基因來源于細(xì)胞癌基因：急性逆轉(zhuǎn)錄病毒在感染宿主的的過程中把宿主細(xì)胞原癌基因的mRNA整合到病毒基因組內(nèi)，經(jīng)過某些修飾改變成了病毒基因組的一部分，并具有致癌性。,,許多逆轉(zhuǎn)錄病毒具有v-onc，是引起動物腫瘤的常見原因，但在人類很少引起腫瘤。某

3、些逆轉(zhuǎn)錄病毒不具有v-onc，但它的調(diào)節(jié)序列（LTRs)調(diào)節(jié)臨近的宿主基因。例如Mouse mammary tumour virus (MMTV)可上調(diào)宿主生長因子基因表達(dá)。,病毒基因組結(jié)構(gòu),2、DNA腫瘤病毒與癌基因,某些DNA病毒也具有致瘤性，如SV40、乳頭狀瘤病毒等，但未能在正常細(xì)胞基因組中找到同源序列的原癌基因DNA病毒與逆轉(zhuǎn)錄病毒的區(qū)別在于前者能自主復(fù)制，而不需整合入宿主的染色體內(nèi)DNA病毒能夠通過自己的蛋白產(chǎn)物結(jié)合并失

4、活宿主蛋白發(fā)揮作用，P53蛋白、pRb是主要靶蛋白,（二）細(xì)胞癌基因和原癌基因,v-onc與正常組織中的某些基因序列高度同源，將正常組織中的這些基因稱為原癌基因（proto-oncogene)或細(xì)胞癌基因（cellular oncogene,c-onc）原癌基因的產(chǎn)物具有促進(jìn)正常細(xì)胞生長、增殖、分化和發(fā)育的功能。原癌基因激活后稱為癌基因（oncogene） ，可導(dǎo)致細(xì)胞癌變。癌基因的名稱一般用3個斜體小寫字母表示，如myc、ras、sr

5、c等。,1、病毒癌基因與細(xì)胞癌基因的比較,病毒癌基因在兩端通常有序列的丟失病毒癌基因無內(nèi)含子，細(xì)胞癌基因通常有內(nèi)含子或插入序列病毒癌基因常會出現(xiàn)堿基取代或堿基缺失二者的同源序列有一定程度的差異，功能上也有差異,2、細(xì)胞癌基因的特點:1、廣泛存在于生物界中；2、基因序列高度保守；3、它的作用通過其產(chǎn)物蛋白質(zhì)來體現(xiàn)；4、被激活后，可形成癌性的細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因。,3、癌基因家族 oncogene family,按其表達(dá)蛋白的功能分為

6、： sis家族 ------ 生長因子類 src家族 ----- 生長因子受體/酪氨酸蛋白激酶類 ras家族 ----- GTP結(jié)合蛋白類 myc家族-----核內(nèi)DNA結(jié)合蛋白類 myb家族-----核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子類,目前認(rèn)為廣義的“癌基因”應(yīng)當(dāng)是：凡能編碼生長因子、生長因子受體、細(xì)胞內(nèi)生長信息傳遞分子，及與生長有關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的基因均應(yīng)歸屬癌基因的范疇。,4、癌基因表達(dá)產(chǎn)物在細(xì)胞增殖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用,

7、癌基因編碼產(chǎn)物對細(xì)胞增殖有調(diào)控作用，其編碼的產(chǎn)物主要是：（1）生長因子類：如 int-2編碼成纖維細(xì)胞生長因子（TGF）；sis編碼PDGF類似物；c-sis產(chǎn)物與PDGF同源性達(dá)87%，與PDGF受體結(jié)合，影響細(xì)胞的生長、分裂、分化。當(dāng)此類原癌基因異常表達(dá)時，產(chǎn)生許多與生長因子相似的產(chǎn)物，使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)失調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞增生和出現(xiàn)永生化,（2）受體類：許多膜受體都是癌基因編碼產(chǎn)物跨膜生長因子受體的蛋白酪氨酸激酶：如erb-B（表皮細(xì)胞

8、生長因子受體）；fms（巨噬細(xì)胞集落刺激因子受體）等可溶性蛋白酪氨酸激酶受體　如 met， trk非蛋白激酶受體　如 erb-A （甲狀腺激素受體）；mas （血管緊張素受體）,（３）低分子量Ｇ蛋白 如H-ras ，k-ras等，表達(dá)產(chǎn)物是低分子量Ｇ蛋白，參與細(xì)胞增殖信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)（４）胞內(nèi)蛋白激酶 與膜蛋白結(jié)合的蛋白酪氨酸激酶：如abl及src族（使底物酶蛋白酪氨酸殘基磷酸化后以活性形式結(jié)合于膜內(nèi)側(cè)，這一變化

9、同細(xì)胞的無限生長有關(guān)） 胞漿絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶：如　cot，mos等,（5）胞漿調(diào)節(jié)蛋白：如crk（6）核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子：如c-myc ，l-myc等。編碼產(chǎn)物為反式作用因子，們于核內(nèi)，可與某些特定的DNA結(jié)合，影響復(fù)制、轉(zhuǎn)錄，從而影響細(xì)胞的增殖、分化和凋亡,（三）原癌基因活化的機制,1、逆轉(zhuǎn)錄病毒激活原癌基因 插入激活或插入致突變 轉(zhuǎn)導(dǎo)激活2、人類原癌基因的激活 點突變 基因

10、易位（重排） 基因擴增 外基因機制,1、逆轉(zhuǎn)錄病毒激活原癌基因,有兩個學(xué)說：插入激活或插入致突變 LTRs等結(jié)構(gòu)具有啟動子或增強子作用，插入到原癌基因附近，可使其激活，如將Moloney 肉瘤病毒的LTR融合到c-mos,則使其具有轉(zhuǎn)化培養(yǎng)細(xì)胞的能力。轉(zhuǎn)導(dǎo)激活 逆轉(zhuǎn)錄病毒與細(xì)胞基因組重組，將原癌基因整合入病毒基因組中，使c-onc轉(zhuǎn)變?yōu)関-onc而具有轉(zhuǎn)化活性。如v-abl基因是 c

11、-abl的N末端被病毒gag基因取代的產(chǎn)物，從而c-abl被激活,2、人類原癌基因的激活,點突變（point mutation)因重排（gene rearrangement)基因擴增（gene amplification)外基因機制（epigenetic),二、 抑癌基因 tumor suppressor gene,（一）、抑癌基因的基本概念又稱抗癌基因（anti-oncogene），是指存在于正常細(xì)胞內(nèi)的

12、一大類可抑制細(xì)胞生長并具有潛在抑癌作用的基因。當(dāng)該類基因發(fā)生突變其功能減弱時可引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生抑癌基因表達(dá)產(chǎn)物：主要包括跨膜受體，胞質(zhì)調(diào)節(jié)因子，結(jié)構(gòu)蛋白，轉(zhuǎn)錄因子，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，細(xì)胞周期因子，DNA損傷修復(fù)因子等,（二）、常見的抑癌基因,三、癌基因、抑癌基因與腫瘤發(fā)生,,（一）癌基因惡性激活的機制,1、原癌基因點突變：（point mutation) 一般是指原癌基因單堿基替換（single base subst

13、itution),但也可以是堿基插入（base insertion)、堿基缺失(base deletion)，ras基因的點突變最常見。如正常細(xì)胞H-ras與腫瘤細(xì)胞的H-ras基因僅有一個堿基不同（GCC→GTC，甘→纈），導(dǎo)致功能改變2、原癌基因獲得外源啟動子 ： 往往由于逆錄病毒的強啟動子插入原癌基因的上游所致 如ALV引起的淋巴瘤細(xì)胞中，c-myc的表達(dá)增加上百倍,3、原癌基因甲基化程度降低而激活，屬于外基因機制（epige

14、netic)DNA分子甲基化有穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)，阻抑轉(zhuǎn)錄的作用。如結(jié)腸腺癌和小細(xì)胞肺癌中，c-ras基因比鄰近正常組織中甲基化明顯降低，導(dǎo)致原癌基因激活4、基因擴增（gene amplification) 原癌基因以某種不適當(dāng)?shù)姆绞奖粡?fù)制，拷貝增多，過度表達(dá)。采用細(xì)胞內(nèi)微注射法證實，正常p21ras在高濃度時具有轉(zhuǎn)化活性。 如HL60細(xì)胞株中c-myc有大量擴增,5、基因重排（gene rearrangement)使原癌基因激

15、活 如慢性粒細(xì)胞白血病的 Ph染色體為 t（9；22），使c-abl從9號染色體易位到22號染色體上的bcr基因旁，組成融合基因，表達(dá)bcr-abl融合蛋白，該產(chǎn)物有較高的蛋白酪氨酸激酶活性。 如Buekitt 淋巴瘤的8q24與14q32的易位使c-myc與IgH重排蛋白酪氨酸激酶活性。,,9 22,abl,,,,,,,bcr,,9,22,ph,bcr/abl,,,,,圖1

16、1-4-2 Ph染色體及融合基因模式圖,t(9;22)(q34;q11),（二）癌基因激活與腫瘤的發(fā)生,1、腫瘤發(fā)生學(xué)說： 多階段假說 正常細(xì)胞中含有多種原癌基因，當(dāng)受到某些理化因素，生物因素等致癌因子作用后，經(jīng)過啟動階段（initiating stage）、促癌階段（promoting stage）、演進(jìn)階段（progressing stage）最終轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞,（1）Initiating Stage： 細(xì)胞受癌性啟動

17、因子作用，DNA發(fā)生改變，成為癌前細(xì)胞，但表型正常。各種干細(xì)胞及處于分裂增殖中的細(xì)胞對啟動因子更敏感（2）Promoting Stage： 在啟動因子和促癌因子的協(xié)同作用下，細(xì)胞出現(xiàn)惡性。,啟動因子：低劑量，一次接觸，本身有致癌性促癌因子：需啟動因子作用的基礎(chǔ)，本身無致癌性，多次反復(fù)作用（3）Progressing Stage：為細(xì)胞惡變的鞏固階段。已經(jīng)發(fā)生惡變的細(xì)胞中的少數(shù)細(xì)胞自主分裂增殖，形成新的小病灶，成為進(jìn)一步浸潤、轉(zhuǎn)移的

18、基礎(chǔ),2、某些癌基因激活與腫瘤發(fā)生,（1）ras基因變異與腫瘤發(fā)生：P21與GTP持續(xù)結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞生長作用（2） myc基因變異與腫瘤發(fā)生：t（8；14）使myc基因與免疫球蛋白重鏈基因融合而導(dǎo)致高表達(dá)（3） neu基因變異與腫瘤發(fā)生：點突變使其獲得轉(zhuǎn)化活性，常作為治癌藥物的靶點,（4） bcl2基因變異與腫瘤發(fā)生：t（14；18）使bcl2基因高表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞程序化死亡失效（5） mdm2基因變異與腫瘤發(fā)生：高表達(dá)可使抑癌基因

19、如P53，RB失活，引發(fā)惡性腫瘤,（三）抑癌基因失活與腫瘤發(fā)生,1、 Rb基因：功能失活→負(fù)調(diào)控作用喪失→細(xì)胞生長失控→腫瘤發(fā)生 調(diào)節(jié)形式：磷酸化和脫磷酸 突變形式：主要缺失和堿基突變2 、p53基因：防止受損細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期 調(diào)節(jié)形式：G1/G2期檢測點 突變形式：點突變，缺失，移碼，重 排,3 p16基因：P16（與cyclin D競爭）與Cdk4結(jié)合，特異抑制Cdk4活性 調(diào)接形

20、式：調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，抑制腫瘤細(xì)胞生長 突變形式：缺失為主，且多為純合缺失,（四）、 腫瘤發(fā)生中的多基因協(xié)同作用,腫瘤發(fā)生的多基因協(xié)同假說： 細(xì)胞的癌變是多步驟，多重打擊的復(fù)雜過程。在腫瘤發(fā)生發(fā)展的各個階段，至少需要兩個或兩個以上的不同的癌相關(guān)基因異常激活或失活，才有可能引起癌變。多基因的協(xié)同規(guī)律： 核內(nèi)癌基因易與胞漿癌基因發(fā)生協(xié)同作用（前者使細(xì)胞永生，后者改變細(xì)胞形態(tài)，降低對生長因子和貼壁的要求）。如myc與r

21、as協(xié)同致癌癌基因的激活與抑癌基因的失活協(xié)同致癌,（五）癌基因、抑癌基因與腫瘤干細(xì)胞發(fā)病機制學(xué)說,腫瘤是在具有無限增殖和自我更新潛能的很少一部分細(xì)胞的驅(qū)動下發(fā)生的，這一部分惡性轉(zhuǎn)化的靶細(xì)胞即是腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell）。白血病干細(xì)胞最重要的特性是具有自我更新能力，也即具有通過非對稱性分裂生成一個白血病干細(xì)胞和一個分化的白血病細(xì)胞的能力。 癌基因、抑癌基因參與了腫瘤干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,研究LSCs的基因表達(dá)特征

22、，了解LSCs與正常HSC在基因表達(dá)譜有何差別。用cDNA微矩陣研究白血病原代細(xì)胞中的 CD34 CD38 細(xì)胞群體，發(fā)現(xiàn)AML1, AF4和EWS等基因過表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)兩種抑癌基因IRF-1 (interferon regulatory factor-1) 和DAPK (death associated protein kinase) 的表達(dá)上調(diào)，而在正常的CD34 CD38 細(xì)胞群體中并不出現(xiàn) 。,CML-CP時，bcr-abl

23、, bcl-2和Jun B的升高使HSCs的增殖和生存潛能提高，但此時并不阻滯分化，因而HSCs仍能正常分化成各系列的成熟細(xì)胞。在CML-BC時，HSCs在由bcr-abl, bcl-2和Jun B升高所致的增殖和生存潛能提高的基礎(chǔ)上，其GMPs被β-catenin進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而獲得自我更新的能力，并阻滯了正常分化而成為LSCs。 在 AML中，正常的GMP先被MOZ- TIF2或 MLL-ENL轉(zhuǎn)化重新獲得自我更新能力，并可能

24、再次受到第二次事件的惡性轉(zhuǎn)化，如特異性染色體易位所致的 AML-ETO,PML-RARa等融合基因或 Flt3突變的作用而增強了自我更新能力，使分化通路阻滯而成為LSCs。,Stewart S. Critical Reviews in Oncology/Hematology,2004,51:1,腫瘤起源于不同分化階段的干細(xì)胞：如果致癌因子作用于未分化的干細(xì)胞，干細(xì)胞就成為腫瘤性干細(xì)胞而形成惡性腫瘤；如果致癌因子作用于近于終末期分化而仍能

25、合成DNA的細(xì)胞則形成良性腫瘤；如果致癌因子擊中的是中間狀態(tài)的細(xì)胞會出現(xiàn)中等程度分化而介于這兩種極端之間的腫瘤。,,四、癌基因、抑癌基因與腫瘤靶向治療,癌基因的基因治療：抑制癌基因的表達(dá)，反抑制方法最常用 myc: 通過t(8;14)活化,抑制后減少腫瘤的增殖， 誘導(dǎo)凋亡，改善生存 stat3:抑制后引起大量腫瘤細(xì)胞凋亡，并引起“旁觀者”效應(yīng) bce/abl: 抑癌基因的基因治療:將表達(dá)目的