癌基因PPT课件

OncogeneandTumorSuppressorGene癌基因与抑癌基因主讲：李志红概述•据《2012中国肿瘤年报》，目前我国肿瘤的发病率为285.91/10万，平均每天每分钟有6人被诊断为恶性肿瘤。–从死亡率来看，全国肿瘤死亡率为180.54/10万，每年因癌症死亡病例达270万例。我国居民因癌症死亡的几率是13%，即每7~8人中有1人因癌死亡。–发病年龄：0~39，较低水平，40岁以后快速升高，80岁以后达到高峰。•病种：肺癌是“众癌之首”–从病种看，居全国恶性肿瘤发病第一位的是肺癌，其次为胃癌、结直肠癌、肝癌和食管癌，前10位恶性肿瘤占全部恶性肿瘤的76.39%。–居全国恶性肿瘤死亡第一位的仍是肺癌，其次为肝癌、胃癌、食管癌和结直肠癌。死亡率最高者男女均为肺癌。•2015年1月16日下午16点55分，年仅33岁的著名青年歌手姚贝娜因乳腺癌复发，病逝于北京大学深圳医院。•乳腺癌的发病率在25岁以后逐渐上升，50~54岁达到高峰。•迄今发现的癌症有200多种，但它们几乎始于同一方式:细胞信号控制出现障碍!•正常情况下，细胞的正常生长与增殖是由两大类基因来调控的：–正调节信号：促进生长和增殖，抑制分化•癌基因–负调节信号：抑制增殖，促进分化、成熟和衰老，最后凋亡•抑癌基因•这两类信号在细胞内产生的效应相互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、繁殖和衰亡进行精确的调控。癌基因、抑癌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1.肿瘤细胞失去了生长调节的反馈抑制正常细胞受损，一旦恢复原状，细胞就会停止增殖，但是肿瘤细胞不受这一反馈机制抑制。2.肿瘤细胞失去了细胞分裂的接触抑制正常细胞体外培养，相邻细胞相接触，长在一起，细胞就会停止增殖，而肿瘤细胞长满培养皿后，细胞可以重叠生长。3.肿瘤细胞表现出比正常细胞更低的营养要求4.肿瘤细胞生长有自分泌作用，即自己分泌生长需要的生长因子和调控信号,促进自身的恶性增殖。肿瘤细胞恶性增殖特性CancerCellDoNotGrowFasterThanNormalCellsRather,TheirGrowthisJustUncontrolled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)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”二、癌基因理论的确立PeytonRousandRoussarcomavirus•1910年，洛克菲勒研究所30岁的研究人员劳斯进行了一些实验，他把一只母鸡身上的恶性结缔组织(肉瘤)制成无细胞滤液，然后接种入健康的鸡体内。•结果接受滤液的个体也患上了与上述母鸡完全一样的肿瘤。（说明：？）•劳斯想到正常细胞变成癌细胞不一定是个突然的过程，可能通过若干步骤，他把这个过程称为“肿瘤进展”，即潜在的癌细胞处于“休眠”状态，被化学因子、病毒或激素刺激唤醒之后，他们就采取一种更加无法无天的生活方式。•劳斯关于肿瘤进展的发现很快在许多实验系统内得到证实。•另一方面，他的病毒理论则备受怀疑。一般认为，病毒病都具有传染性，而癌症不能传染。•到1950年，情况有了迅速改变。由于微生物遗传学的发展，发现某些病毒能将自己的部分遗传物质注入细胞内而不杀死细胞或抑制其增殖。这样引入的病毒物质可以整合到受体细胞的基因中，进而引起某些细胞特性的永久性改变。•Rous病毒是一种急转化逆转录病毒(acutetransformingretrovirus，RNA病毒)•重新了解了病毒概念之后，就有可能了解病毒怎么会将正常细胞的循规蹈矩的行为改变为特见于癌细胞的恶性增生。Rous肉瘤1966年，87岁的劳斯获得诺贝尔奖。•追踪研究逆转录病毒致癌的线索，Bishop等人于1980年提出了癌基因假说。•根据这一假说，引起Rous鸡肉瘤等的逆转录病毒的基因组中存在有致癌基因，即病毒癌基因，v-onc。•该癌基因来源于正常细胞基因组中的部分序列，即逆转录病毒中的致癌基因序列是在进化过程中从宿主细胞基因组中获得的。Virus-likeparticlesassembledinvitrowithpurifiedRoussarcomavirusGagprotein反转录病毒颗粒结构调节和启动转录LTRgagpolenvsrcLTR长末端重复序列癌基因正常的病毒基因产生病毒核心蛋白产生逆转录酶和整合酶产生病毒外膜蛋白产生酪氨酸激酶*劳氏肉瘤病毒（RSV,Roussarcomavirus）基因组结构图•在劳氏肉瘤病毒基因组中，src是额外的肿瘤式基因，它能诱发RSV感染的动物产生肉瘤。逆转录复制整合转录感染病毒RNARNA-DNA前病毒DNA细胞基因组DNA病毒RNA-癌基因RNA病毒颗粒宿主细胞再感染宿主细胞携带癌基因的病毒颗粒RNA病毒与宿主细胞基因组整合过程示意图Proto-oncogenes癌变LTRLTRGAGPOLENVLTRLTRGAGPOLENVONC•反转录病毒癌基因（v-onc)的起源LTRLTRGAGPOLENVLTRLTRGAGPOLENV•根据来源分为病毒癌基因与细胞癌基因两类。–病毒癌基因（virusoncogene,v-onc）：是一类存在于肿瘤病毒中、能使靶细胞发生恶性转化的基因。•病毒癌基因不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。–细胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)：存在于正常细胞基因组中的癌基因，又称原癌基因（proto-oncogene,pro-onc）。三、分类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细胞癌基因特点:v-onc与c-onc的不同•v-onc不含内含子•v-onc与c-onc的核苷酸序列不完全相同•v-onc丢失了原癌基因两端的某些调控序列，而在病毒高效启动子作用下有较高的转录活性。断裂基因完整的没有断裂的可读框癌基因的命名•以三个斜体小写字母表示，通常源于它们的首次发现，如：src—avianRoussarcomavirus（鸡Rous肉瘤病毒）erb—avianerythroblastosisvirus（鸡成红细胞增多症病毒）sis—simiansarcomavirus（猴肉瘤病毒）ras—ratsarcomas大鼠肉瘤功能上相关的癌基因家族分类1.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。2.ras家族：编码小G蛋白p21，参与cAMP水平的调节。3.myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。4.sis家族：编码的p28，能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖。5.myb家族：核内转录因子类别癌基因名称作用生长因子类SISPDGF-2INT-2FGF同类物，促进细胞增殖蛋白酪氨酸激酶类生长因子受体EGFREGF受体，促进细胞增殖HER-2EGF受体类似物，促进细胞增殖FMS、KITM-CSF受体、SCF受体，促增殖膜结合的蛋白酪氨酸激酶SRC、ABL与受体结合转导信号细胞内蛋白酪氨酸激酶TRK在细胞内转导信号细胞内蛋白丝/苏氨酸激酶RAFMAPK通路中的重要分子与膜结合的GTP结合蛋白RASMAPK通路中的重要分子核内转录因子MYC促进增殖相关基因表达FOS、JUN促进增殖相关基因表达人体内细胞癌基因的分类及功能举例四、癌基因激活的机制（一）获得启动子与增强子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。癌基因活化的机制•如鸡白细胞增生病毒引起的淋巴瘤，就是由于病毒的DNA序列整合到宿主细胞c-myc基因附近，成为该基因的强启动子，导致c-myc基因过强表达。–myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。鸡（禽）白细胞病毒（avianleucosisvirus，ALV）逆转录病毒正常宿主细胞病毒DNA的LTR被整合到宿主细胞c-myc癌基因附近成为其启动子和增强子c-myc癌基因表达为正常的30-100倍exon-1exon-2exon-3c-myc基因exon-1exon-2exon-3LTRexon-1exon-2exon-3LTRALVALVLTRexon-1exon-2exon-3ALVLTRc-myc癌基因过度表达的致癌模式（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。•费城染色体–1960年，Nowell和Hungefora，在美国费城，发现慢性粒细胞白血病的患者中，有一个很小的近端着丝粒染色体，称为费城染色体（Philadelphiachromosome,Ph）–Ph染色体已被公认为慢性粒细胞性白血病的特异标记染色体。c-abl原癌基因的易位激活c-ablc-bcr•c-abl原癌基因，经重排后插入到bcr基因后，形成bcr/abl融合基因，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，从而引起慢性粒细胞性白血病。（三）基因扩增原癌基因可通过基因扩增（geneamplification）使基因拷贝数升高几十甚至上千倍，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。蛋白质结构未变化，但总量大大提高基因扩增原癌基因c-myc基因•1985年，Shibuya首次在部分胃癌细胞中发现c-myc基因扩增和高表达。•在细胞静止期，c-myc几乎不表达，但在有丝分裂原刺激下迅速表达促使细胞由G0期进入G1期，增加细胞数量。因此，c-myc原癌基因与细胞周期调控有关。•c-myc原癌基因激活的主要机制：扩增、重排和异常高表达。另外，c-myc基因低甲基化可能为其激活的另一重要机制。（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(pointmutation),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。基因点突变是癌基因活化的主要方式1982年，美国3家研究机构（麻省理工大学、国立癌症研究所和哥伦比亚大学）几乎同时发表这样的实验结果：人膀胱癌细胞EJ株的恶性转化是由于其原癌基因c-H-ras（356个碱基）的点突变所致。1234567891011121314正常细胞H-ras碱基序列ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGGCGGTGTG肿瘤细胞H-ras碱基序列ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGTCGGTGTG正常p21蛋白氨基酸序列MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaGlyAlaVal肿瘤p21蛋白氨基酸序列MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaValAlaVal突变的Ras癌基因蛋白质被锁定在激活状态GDPGDPGTPGTPPi无活性的Ras蛋白有活性的Ras蛋白输入的信号刺激GDP-GTP交换内源性GTP酶活性输出信号突变的Ras癌基因蛋白质被锁定在激活状态•Harrey和Kirfen鼠肉瘤病毒上发现，称H-ras、K-ras，人神经母细胞瘤上发现N-ras，基因突变往往发生在12、13和61密码子，以12密码子最常见。突变原理：一些化学诱变剂，如亚硝酸盐能够引起鸟嘌呤甲基化。如不能被修复，则在复制时，鸟嘌呤被腺嘌呤取代，则其p21蛋白的序列发生点突变，导致甘氨酸→天冬氨酸。12位甘氨酸天冬氨酸GCGCGCGCACATCGCGCGO6甲基化复制（五）癌基因的甲基化程度降低•