1、第二十三章,癌基因、腫瘤抑制基因 與生長因子 Oncogenes, Tumor suppressor gene and Growth Factors,癌基因、腫瘤抑制基因與生長因子的關(guān)系,癌基因,抑癌基因,細(xì)胞,生長因子,正調(diào)控,負(fù)調(diào)控,產(chǎn)物,癌基因和腫瘤抑制基因在細(xì)胞增殖中的作用,在基因水平上促使細(xì)胞增殖及凋亡失衡，導(dǎo)致細(xì)胞惡性變的原因有：, 控制細(xì)胞增殖的原癌基因活化或腫瘤抑制基因失活； 促細(xì)胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因功能增強(qiáng)； DNA修復(fù)基因失活，使突變?cè)诩?xì)胞內(nèi)積累，并且累及到調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖及細(xì)胞凋亡的基因。,癌基因Oncogenes,第一節(jié),基因組內(nèi)正常存在的基因，其編碼產(chǎn)物通常作

2、為正調(diào)控信號(hào)，促進(jìn)細(xì)胞的生長和增殖。癌基因的突變或表達(dá)異常是細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化（癌變）的重要原因。,癌基因(oncogene),癌基因最早在可導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的病毒中被鑒定。后來的研究發(fā)現(xiàn)，這些基因原本就存在于大部分生物的正?；蚪M中，因而癌基因又被稱為細(xì)胞癌基因（cellular oncogene，c-onc）或原癌基因（proto-oncogenes，pro-onc）。存在于病毒中的被稱為病毒癌基因（virus oncogene，v-onc）。,一、癌基因的基本概念,凡能編碼生長因子、生長因子受體、細(xì)胞內(nèi)生長信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子以及與生長有關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子等的基因。,廣義的“癌基因”,廣泛存在于生物界 基因

3、序列高度保守 表達(dá)產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞正常生長、繁殖、發(fā)育和分化起著精確的調(diào)控作用。 基因結(jié)構(gòu)發(fā)生異?；虮磉_(dá)失控，導(dǎo)致細(xì)胞生長增殖和分化異常,（一）細(xì)胞癌基因,特點(diǎn):,人體內(nèi)細(xì)胞癌基因的分類及功能舉例,功能上相關(guān)的癌基因家族分類,src家族：產(chǎn)物具有酪氨酸蛋白激酶活性，促進(jìn)增殖信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。 ras家族：編碼低分子量G 蛋白，始終以GTP結(jié)合形式存在，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)增值信號(hào)通路持續(xù)開放。 K-RAS 基因突變是惡性腫瘤最常見的基因突變之一。 myc家族：編碼核內(nèi)DNA結(jié)合蛋白，調(diào)節(jié)其他基因轉(zhuǎn)錄。 sis家族：編碼的p28，能刺激間葉組織的細(xì)胞分裂繁殖。 myb家族：核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子,癌基因最早發(fā)現(xiàn)于逆轉(zhuǎn)錄病毒中。

4、1911年，F(xiàn). Rous醫(yī)生首次提出病毒引起腫瘤，但直到上一世紀(jì)50年代才得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)，命名為羅氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma Virus，RSV）。,（二）病毒癌基因,病毒基因組結(jié)構(gòu),病毒癌基因v-src來源于宿主細(xì)胞的C-SRC基因,（一）獲得啟動(dòng)子與增強(qiáng)子,二、癌基因活化的機(jī)制,逆轉(zhuǎn)錄病毒感染細(xì)胞后，病毒基因組所攜帶的長末端重復(fù)序列（LTR內(nèi)含較強(qiáng)的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子）插入到細(xì)胞原癌基因附近或內(nèi)部, 啟動(dòng)下游鄰近基因的轉(zhuǎn)錄和影響附近結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平，使原癌基因過度表達(dá)或由不表達(dá)變?yōu)楸磉_(dá)，從而導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變。,（二）染色體易位,在染色體易位的過程中發(fā)生了某些基因的易位和重排，使原來

5、無活性的原癌基因移至強(qiáng)的啟動(dòng)子或增強(qiáng)子附近而被活化，原癌基因表達(dá)增強(qiáng)，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。,（三）基因擴(kuò)增,原癌基因可通過基因擴(kuò)增（gene amplification）使基因拷貝數(shù)可升高幾十甚至上千倍不等，發(fā)生擴(kuò)增的機(jī)制目前尚不清楚。基因擴(kuò)增可致編碼產(chǎn)物過量表達(dá)，細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化。,（四）點(diǎn)突變,原癌基因在射線或化學(xué)致癌劑作用下，發(fā)生單個(gè)堿基的替換點(diǎn)突變(point mutation), 從而改變了表達(dá)蛋白的氨基酸組成，造成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變異。,癌基因活化的4種機(jī)制示意圖,出現(xiàn)新的表達(dá)產(chǎn)物 出現(xiàn)過量的正常表達(dá)產(chǎn)物 出現(xiàn)異常、截短的表達(dá)產(chǎn)物,癌基因激活的結(jié)果：,作用于細(xì)胞膜上的受體系統(tǒng)或直接被傳遞至細(xì)胞

6、內(nèi)，通過蛋白激酶活化轉(zhuǎn)錄因子，引發(fā)一系列基因的轉(zhuǎn)錄激活。,三、原癌基因的產(chǎn)物與功能,sis表達(dá)蛋白P28和PDGF一樣能促進(jìn)血管的生長。,（一）細(xì)胞外生長因子,例如：,（二）跨膜的生長因子受體：,接受細(xì)胞外的生長信號(hào)并將其傳入胞內(nèi)。受體的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)具有特異的蛋白激酶活性，通過磷酸化作用使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增加激酶對(duì)底物的活性，促進(jìn)生長信號(hào)在胞內(nèi)的傳遞。,例如,c-src、c-abl有酪氨酸特異的蛋白激酶活性。 c-mos和raf所編碼的激酶使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化。,非受體酪氨酸激酶(src，abl)、絲氨酸/蘇氨酸激酶(raf)，ras蛋白(H-ras，K-ras和N-ras)及磷脂酶(cr

7、k產(chǎn)物)。,（三）細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)分子,原癌基因的產(chǎn)物作為胞內(nèi)信息傳遞體系成員，或者通過影響第二信使作用，將接受到的信號(hào)由胞內(nèi)傳至核內(nèi)，促進(jìn)細(xì)胞生長。,例如：,（四）核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子,某些癌基因表達(dá)蛋白定位于細(xì)胞核內(nèi)，與靶基因的順式調(diào)控元件相結(jié)合直接調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性。,例如：,c-fos是一種即刻早期反應(yīng)基因(immediate early gene，IEG)。作為傳遞信息的第三信使。,原癌基因BRAF所編碼的蛋白質(zhì)屬于絲/蘇氨酸激酶，是MAPK信號(hào)通路的重要組成分子，在調(diào)控細(xì)胞增殖、分化等方面發(fā)揮重要作用。,四、癌基因表達(dá)產(chǎn)物促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展,約60%的黑素瘤中BRAF發(fā)生突變，其第600位氨

8、基酸從纈氨酸突變?yōu)楣劝彼幔╒600E）最為常見，導(dǎo)致B-Raf的持續(xù)激活。,（一）BRAF,例如：,HER2是表皮生長因子受體家族成員，具有蛋白酪氨酸激酶活性，能激活下游信號(hào)通路，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞凋亡。,在30%的乳腺癌中HER2基因發(fā)生擴(kuò)增或者過度表達(dá)，其表達(dá)水平與治療后復(fù)發(fā)率和不良預(yù)后顯著相關(guān)。,（二）HER2,例如：,慢性粒細(xì)胞白血病患者的9號(hào)染色體與22號(hào)染色體之間發(fā)生易位，從而融合產(chǎn)生了癌基因BCR-ABL，編碼的蛋白質(zhì)Bcr-Abl具有持續(xù)活化的蛋白酪氨酸激酶活性，能促進(jìn)細(xì)胞增殖，并增加基因組的不穩(wěn)定性。,在95%的慢性粒細(xì)胞白血病患者中都伴隨有BCR-ABL融合基因的產(chǎn)

9、生，在一些急性淋巴白血病患者中也有發(fā)現(xiàn)。,（三）BCR-ABL,例如：,腫瘤抑制基因tumor suppressor gene,第二節(jié),腫瘤抑制基因(tumor suppressor gene),腫瘤抑制基因的概念,也稱抗癌基因（anticancer gene）或抑癌基因，是調(diào)節(jié)細(xì)胞正常生長和增殖的基因。當(dāng)這些基因不能表達(dá)，或者當(dāng)它們的產(chǎn)物失去活性時(shí)，細(xì)胞就會(huì)異常生長和增殖，最終導(dǎo)致細(xì)胞癌變。反之，若導(dǎo)入或激活它則可抑制細(xì)胞的惡性表型。,早在20世紀(jì)20年代，T. Boveri就提出正常細(xì)胞中存在特異的抑制細(xì)胞增殖的因素，并假定與染色體有關(guān)。 20世紀(jì)60年代，H. Harris開創(chuàng)了雜合細(xì)胞

10、的致癌性研究 A. Knudson在研究視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma，Rb）的流行病學(xué)中發(fā)現(xiàn),一、腫瘤抑制基因的發(fā)現(xiàn),細(xì)胞雜交試驗(yàn),二、腫瘤抑制基因的功能,常見的某些腫瘤抑制基因及其功能,定位于13q14，編碼105kDa的核內(nèi)磷酸化蛋白。是第一個(gè)被克隆的抑癌基因。去磷酸化為其活性形式，促進(jìn)細(xì)胞分化，抑制細(xì)胞增值。,三、腫瘤抑制基因失活促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展,（一）視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因（Rb基因）,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,mRNA,DNA,轉(zhuǎn)錄因子,Rb磷酸化與細(xì)胞周期控制,（二）TP53,定位于17p13.1，編碼53kDa的核內(nèi)磷酸化蛋白p53, 具有轉(zhuǎn)錄因子活性。T

11、P53基因是目前發(fā)現(xiàn)的與腫瘤發(fā)生相關(guān)性最高的基因。野生型p53基因抑癌基因，正常p53的生物功能好似“基因衛(wèi)士”：G1期檢查DNA損傷點(diǎn)，監(jiān)視細(xì)胞基因組的完整性。如有損傷，p53蛋白阻止DNA復(fù)制，以提供足夠的時(shí)間讓損傷DNA修復(fù)。如果修復(fù)失敗，p53蛋白則引發(fā)細(xì)胞程序性死亡，阻止具有基因損傷、可能誘發(fā)癌變的細(xì)胞產(chǎn)生。,（二）TP53,P53蛋白,解鏈酶,復(fù)制因子A,P21蛋白,細(xì)胞停滯于G1期,細(xì)胞調(diào)亡,DNA損傷,P53蛋白,P53蛋白,p53的結(jié)構(gòu)及其在清除DNA損傷細(xì)胞中的作用,P53基因突變不僅失去野生型p53抑制腫瘤增殖的作用，而且突變本身又使該基因具備癌基因功能。 突變的P53蛋

12、白與野生型P53蛋白相結(jié)合，形成的這種寡聚蛋白不能結(jié)合DNA，使得一些癌變基因轉(zhuǎn)錄失控導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。,（三）PTEN,PTEN基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因）是繼TP53基因后發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)與腫瘤發(fā)生關(guān)系密切的腫瘤抑制基因。,PTEN蛋白由403個(gè)氨基酸組成，分子量56kDa。包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域： N端磷酸酶結(jié)構(gòu)區(qū)（1-185AA）：與蛋白絡(luò)氨酸酶及蛋白絲氨酸酶催化區(qū)的核心模體同源，是PTEN發(fā)揮腫瘤抑制活性的主要功能區(qū)。在腫瘤浸潤、轉(zhuǎn)移、血管生成中也起一定作用。 C

13、2區(qū)（186-351AA）：介導(dǎo)蛋白質(zhì)與脂類的結(jié)合。 C端區(qū)（羧基端的50AA）：包括PDZ結(jié)合序列和兩個(gè)PEST序列，對(duì)調(diào)節(jié)自身的穩(wěn)定性和酶活性具有重要作用。,PTEN基因是發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)具有雙特異磷脂酶活性的腫瘤抑制基因， PTEN具有磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸-3-磷酸酶活性，催化水解磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PIP3)生成PIP2。 PIP3是胰島素、表皮生長因子等細(xì)胞因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，從而抑制PI-3K/Akt信號(hào)通路，起到負(fù)性調(diào)節(jié)作用。,PTEN通過阻斷PI-3K/AKT信號(hào)通路抑制細(xì)胞的生長,四、腫瘤抑制基因與疾病,RB APC：參與Wnt信號(hào)通路，精確控制其活化。 V

14、HL：E3泛素連接酶家族成員，通過泛素化相關(guān)蛋 白質(zhì)而促使其降解。,腫瘤抑制基因在細(xì)胞增殖、生長、分化過程中發(fā)揮重要作用，其功能缺失會(huì)導(dǎo)致腫瘤等相關(guān)疾病的發(fā)生，研究腫瘤抑制基因發(fā)揮作用的相關(guān)分子機(jī)制能夠?yàn)榉肿影邢蛑委煵呗蕴峁├碚撘罁?jù)，也為攻克癌癥等頑疾帶來曙光。,五、癌基因與腫瘤抑制基因在腫瘤發(fā)生中的作用特點(diǎn),在基因水平上，或通過外界致癌因素，或由于細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的惡化，突變基因數(shù)目增多，基因組變異逐步擴(kuò)大； 在細(xì)胞水平上則要經(jīng)過永生化、分化逆轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化等多個(gè)階段，細(xì)胞周期失控細(xì)胞的生長特性逐步得到強(qiáng)化。 結(jié)果組織從增生、異型變、良性腫瘤、原位癌發(fā)展到浸潤癌和轉(zhuǎn)移癌。,（一）細(xì)胞癌變的多基因協(xié)同,上

15、皮細(xì)胞過度增生期：FAP、MCC突變或缺失 早期腺瘤階段：與DNA的低甲基化有關(guān) 中期腺瘤階段：涉及K-RAS基因突變 晚期腺瘤階段：涉及DCC的丟失 腺癌階段：涉及TP53基因缺失 轉(zhuǎn)移癌階段：涉及NM23基因的突變、血管生長因子基因表達(dá)增高。,從基因角度認(rèn)識(shí)結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展,（二）細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控是腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵,癌基因和腫瘤抑制基因與細(xì)胞周期 細(xì)胞周期調(diào)控體現(xiàn)在細(xì)胞周期驅(qū)動(dòng)和細(xì)胞周期監(jiān)控兩個(gè)方面，后者的失控與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系最為密切。細(xì)胞周期監(jiān)測機(jī)制由DNA損傷感應(yīng)機(jī)制、細(xì)胞生長停滯機(jī)制、DNA修復(fù)機(jī)制和細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制等構(gòu)成。 癌基因、腫瘤抑制基因與細(xì)胞凋亡 細(xì)胞除了生

16、長、增生和分化等現(xiàn)象之外，還存在細(xì)胞死亡現(xiàn)象，即程序性細(xì)胞死亡或凋亡。有些腫瘤抑制基因的過量表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡，而與細(xì)胞生存相關(guān)的癌基因的激活則可抑制凋亡，細(xì)胞凋亡異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展的密切相關(guān)。,促進(jìn)正常細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化的因素,生長因子Growth factors,第三節(jié),生長因子(growth factor),一類由細(xì)胞分泌的、類似于激素的信號(hào)分子，多數(shù)為肽類（含蛋白類）物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長與分化的作用。,內(nèi)分泌 (endocrine) 旁分泌 (paracrine) 自分泌 (autocrine),作用模式 ：,（一）生長因子的分類,一、生長因子的分類和功能,（二）生長因子的功能,生長因子的生物學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在促進(jìn)細(xì)胞生長、分化、促進(jìn)個(gè)體發(fā)育等方面。但是有些生長因子具有雙重調(diào)節(jié)作用或負(fù)調(diào)節(jié)作用。 同一生長因子對(duì)不同細(xì)胞的作用有所不同 一種細(xì)胞也可受不同生長因子調(diào)節(jié) 具有負(fù)調(diào)節(jié)作用的生長因子比較少，人們通常把這種負(fù)調(diào)節(jié)因子（negative growth factor）稱為細(xì)胞生長抑制因子。,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,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(fù)