2019/8/31,DNA,RNA,Protein,2 核酸的結(jié)構和性質(zhì),3 基因與基因組,5 DNA的復制,6 基因的轉(zhuǎn)錄,7 轉(zhuǎn)錄后加工,9 基因表達調(diào)控,8 蛋白質(zhì)生物合成及加工,緒論,1 緒論,4癌基因分子生物學,第四章 癌基因的分子生物學,腫瘤發(fā)生的分子基礎,【教學要求與目的】,重點掌握： 1. 導致腫瘤的發(fā)生的分子生物學基礎是什么？ 2. 細胞癌基因和病毒癌基因的區(qū)別在哪里？ 3. 原癌基因的激活機制有哪些？ 4. 抑癌基因失活可能引起哪些后果？,人為什么會得癌癥？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，相對的有良性腫瘤。腫瘤是指機體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細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、不復發(fā)，對器官、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。,癌癥病變的基本單位是癌細胞。人體細胞老化死亡后會有新生細胞取代它，以維持機體功能?？梢?，人體絕大部分細胞都可以增生，但這種增生是有限度的，而癌細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，癌細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，它還可轉(zhuǎn)移到全身各處生長繁殖，最后導致人體消瘦、無力、貧血、食欲不振、發(fā)熱及臟器功能受損等。,本來，人體這個生物機器運行得天衣無縫，然而癌癥改變了這種情形，它的任務就是破壞。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，因此機體無法對它進行識別免疫,很多人說，人體內(nèi)都有癌細胞，只不過沒發(fā)展起來。從醫(yī)學上講，如果能查出癌細胞，就可以診斷這個人患癌癥了。所以，這種說法并不正確?，F(xiàn)在醫(yī)學家認為：人人體內(nèi)都有原癌基因，而不是人人體內(nèi)都有癌細胞。,癌細胞由何而來？,腫瘤細胞由“叛變”的正常細胞衍生而來，經(jīng)過很多年才長成腫瘤?！芭炎儭奔毎撾x正軌，自行設定增殖速度，累積到10億個以上我們才會察覺。 癌細胞的增殖速度用倍增時間計算，1個變2個，2個變4個，以此類推。比如，胃癌、腸癌、肝癌、胰腺癌、食道癌的倍增時間平均是33天；乳腺癌倍增時間是40多天。由于癌細胞不斷倍增，癌癥越往晚期進展得越快。,原癌基因主管細胞分裂、增殖，人的生長需要它。為了“管束”它，人體里還有抑癌基因。平時，原癌基因和抑癌基因維持著平衡，但在致癌因素作用下，原癌基因的力量會變大，而抑癌基因卻變得較弱。,因此，致癌因素是啟動癌細胞生長的“鑰匙”，主要包括精神因素、遺傳因素、生活方式、某些化學物質(zhì)等。多把“鑰匙”一起用，才能啟動“癌癥程序”；“鑰匙”越多，啟動機會越大。我們還無法破解所有“鑰匙”，因此還無法攻克癌癥。,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)正常細胞感染病毒可惡變?yōu)榘┘毎?1970年Baltimore發(fā)現(xiàn)病毒感染宿主時，RNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶合成DNA并整合到宿主DNA，從而導致宿主細胞的惡性轉(zhuǎn)化。 1970年Marein證明細胞惡性轉(zhuǎn)化與RSV基因組中一個特定的基因src相關，該基因被命名為病毒癌基因（viral oncogene, v-onc），即v-src。,1976年Bishop證明正常細胞中存在與v-oncogene同源序列細胞癌基因(cellular oncogene, c-onc)。與v-src對應者名為c-src。 80年代初Weinberg 等幾個實驗室通過轉(zhuǎn)染實驗證明人體細胞中的癌基因H-ras。 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)100多種的oncs。,癌基因（oncogene）：一般可定義為某種基因，它的異常表達或表達產(chǎn)物的異常直接決定細胞惡性表型的產(chǎn)生。就是在致瘤病毒、人體和動物腫瘤中發(fā)現(xiàn)的可以導致細胞惡性轉(zhuǎn)化的核酸片斷。,二、癌基因的概念,病毒癌基因和細胞癌基因（或者原癌基因） 無論病毒癌基因還是細胞癌基因被激活后均有誘導腫瘤發(fā)生的作用，所以有時候我們又將腫瘤細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：,原癌基因 ( proto-oncogene，pro-onco ) 在人類、哺乳動物如大鼠、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胞基因，其表達產(chǎn)物的功能在于維持細胞的正常生長發(fā)育。但是，這種基因一旦被某些因素激活就會轉(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胞惡性轉(zhuǎn)化的片斷。,細胞癌基因概述,細胞癌基因是細胞正常生長、分化所必需的，是生長發(fā)育過程中所不可缺少的。 這些細胞癌基因在發(fā)育過程中的一定時間、一定組織中定量的表達，產(chǎn)生生命活動中所必需的蛋白質(zhì)，促進某些生命過程的進行，使生長發(fā)育得以實現(xiàn)。 這些細胞癌基因在機體生長發(fā)育過程完成后多處于關閉狀態(tài)，即不表達或低表達。 一旦在錯誤的時間，不恰當?shù)攸c，不適量表達即可能導致細胞無限制的增長而趨于惡性轉(zhuǎn)化。,病毒癌基因與細胞癌基因非常相似，主要不同之處在于： 細胞癌基因：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，他們的外顯子在進化過程非常保守，這表明他們編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)物在進化上的重要性。,三、病毒癌基因與細胞癌基因的差別,根據(jù)癌基因編碼蛋白質(zhì)功能、性質(zhì)進行分類。 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 . 生長因子類 sis PDGF-2 ； int-2 EGf 的相似物； erb-B EGf 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，與復制啟動有關 myc；fos；jun；erb-A,四、 病毒癌基因的分類,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 生長因子類： c-sis 核蛋白類： c-myc；c-fos,五、原癌基因,六、癌基因的激活機制,細胞中原癌基因可以通過一些機制被激活，導致基因表達或過表達，從而使細胞癌變，不同的癌基因激活的機制與途徑不同，一般分為4類:,癌基因的激活機制,點突變（point mutation） 病毒誘導與啟動子插入激活 基因擴增（gene amplification） 染色體易位或重排 (chromosome translocation or recombination),1. 點突變（point mutation）,單個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、61 codon突變,突變原理： 在一些化學誘變劑，如亞硝胺甲脲 ( NMU ) 誘發(fā)乳腺癌細胞基因組，活化 Ha-ras 基因，推測 NMU 能夠引起鳥嘌呤 O6 為甲基化。如不能被修復，則在復制時，鳥嘌呤被腺嘌呤取代，則其 p21 蛋白的序列發(fā)生點突變，導致甘氨酸 天冬氨酸。,12 位 甘氨酸,天門冬 氨 酸,GC GC GC GC AC AT CG CG CG,O6 甲基化 復制,2. 啟動子插入（promoter insertion） 接種 412個月 ALV 雞（1日齡） B.C淋巴瘤 （ ALV-鳥類白細胞組織增生病毒，含有LTR ，具有啟動子，一旦整合到細胞癌基因c-MYC旁可使之激活 ）,3. 基因擴增（gene amplification） 細胞學： 均質(zhì)染色區(qū)（HSR）染色體某個節(jié)段、 相對解旋、淺染區(qū),染色體增長。 雙微體（DM）擴增的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)母細胞瘤 N-myc,DNA擴增與癌基因 細胞內(nèi)一些基因通過不明原因的復制成多拷貝，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)構破壞和不穩(wěn)定性?；蚩截悢?shù)增多往往導致基因表達增多。因此，可以認為基因擴增和過量表達均可影響細胞正常生理功能。,均質(zhì)染色區(qū)（HSR）和雙微（DM）,2019/8/31,27,可編輯,染色體的易位類似于啟動子的插入。 染色體的易位導致癌基因的重排，從而激活癌基因。 最為典型的是 t ( 9q34；22q11 ) t ( 8q24；9q32 ),4.易位激活,染色體重排與癌基因,最初研究發(fā)現(xiàn)在淋巴瘤和淋巴細胞白血病中存在免疫球蛋白或T細胞受體基因與未知染色體基因易位。導致一些未知基因易位到免疫球蛋白或T細胞受體。這種排列方式可以導致只在神經(jīng)組織或胚胎細胞中表達的基因在有可能在B細胞或T細胞中表達，這種表達可導致細胞的增殖和分化異常。,每一個正常細胞中有一種特殊的排列可以抑制細胞分裂， 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胞的無限生長 ，另一方面，假定還存在促進分裂的染色體， 當受到某種刺激激活時，細胞就發(fā)生分裂 ，由此可推斷惡性腫瘤細胞的快速無限增殖的趨勢，是由于促進分裂的染色體的持久優(yōu)勢所致。 今天，大量的科學證據(jù)表明： 抑制細胞生長的染色體 抑癌基因 促進細胞生長的染色體 癌基因,腫瘤抑制基因/抑癌基因 （Tumor Suppressor Gene ，TSG）,正常細胞中存在的一類調(diào)節(jié)細胞生長增殖分化的基因，具有抑制腫瘤細胞增殖作用。 當其一對基因拷貝失活、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。,腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene）,一類與細胞周期調(diào)控有關的基因，當這些基因正常表達時，具有抑制細胞分裂的功能。這些基因的失活或缺失，會導致細胞非正常的分裂，正常細胞有可能轉(zhuǎn)化為腫瘤細胞。 1968年Harris實驗： 癌細胞系 X 正常細胞 無惡性表型細胞 正常 癌細胞 （染色體部分丟失）,腫瘤抑制基因( Tumor Suppressor Gene)又稱為抗癌基因 ( anti-oncogene )抗癌基因的功能是抑制細胞的生長和促進細胞的分化的基因，具體的功能有： 誘導終末分化； 維持基因的穩(wěn)定。 觸發(fā)衰老，誘導細胞程序化死亡 調(diào)節(jié)細胞的生長，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、關閉、基因，甲基化酶也可以引起基因的突變） 促進細胞間的聯(lián)系。,: Rb是一種腫瘤抑制基因。Rb基因（Rb gene）在許多不同的癌腫里處于突變狀態(tài). 13q14 ； 200kb； 27 個外顯子； 948個氨基酸 改變方式：缺失、突變、甲基化。 生物學功能：轉(zhuǎn)錄因子； RB 基因被麟酸化后將失去活性，不能抑制細胞的生長。,RB基因,認識上的三個階段： 腫瘤抗原 癌基因 抗癌基因 5個高度保守區(qū)： 1319；117142；171192 234258；270286。 生物學功能：轉(zhuǎn)錄因子，為將G1 期 DNA 損壞的檢查點。 正常的 P53 在細胞中易水解，半衰期為 20 分鐘 突變的P53 在細胞中不易被水解，半衰期為 1.47 個小時。,P53基因,二抗癌基因（antioncogene）,又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、隱性癌基因。是一種抑制細胞生長和腫瘤形成的基因。在生物 體內(nèi)與癌基因功能相抵抗，共同保持生物體內(nèi)正負信號相互作用的穩(wěn)定。 已發(fā)現(xiàn)10種抗癌基因,如Rb (Retinoblastoma視網(wǎng)膜母細胞瘤),p53蛋白 許多TSGs產(chǎn)物是細胞周期調(diào)節(jié)因子或是生長相關基因的轉(zhuǎn)錄抑制子。它的非活性形式能促進腫瘤生長。,首先發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因 視網(wǎng)膜母細胞瘤 發(fā)現(xiàn)Rb基因缺失呈雜合體時，細胞是正常的，缺失純合體時細胞轉(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基因存在時對腫瘤細胞有抑制作用，因此Rb是腫瘤抑制基因。 del(13) (q14),腫瘤抑制基因也稱抑癌基因或隱性癌基因（recessive oncogene）。腫瘤抑制基因的概念最初是60年代在腫瘤細胞與正常細胞雜交研究的基礎上提出的。正常細胞與腫瘤細胞融合形成的雜交細胞不具備腫瘤細胞表型，此外，正常細胞的染色體可以逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞表型。因此，人們提出了正常細胞中可能存在抑制腫瘤發(fā)生的基因，稱為腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene，TSG）。,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)控細胞正常生長、增殖與分化的基因。 腫瘤的發(fā)生是一個多因素、多階段、累計漸進的過程。,Normal cells,Cancer cells,G1,S,G2,M,G0,RB,Apoptosis,E2F,Survival or Death,*病毒基因組結(jié)構,目 錄,目 錄,產(chǎn)生相應第二信使,胞內(nèi)相關蛋白質(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,生長因子 受體復合物，活化相關基因,目 錄,總結(jié),癌基因可分為病毒癌基因和細胞癌基因，前者