癌基因与抑癌基因

第二十章癌基因、抑癌基因与生长因子授课教师袁方学习要求•掌握:1.原癌基因、细胞癌基因、病毒癌基因的概念2.原癌基因活化的机制•熟悉:1.细胞癌基因与病毒癌基因的特点2.原癌基因表达产物的类型•癌基因(Oncogenes)•抑癌基因(Anti-oncogenes)•生长因子第一节癌基因oncogene细胞的正常生长与增殖受两类基因调控：正调节信号：促进细胞生长和增殖，并阻止其发生终末分化，调控失常时表现为肿瘤细胞的恶性生长，多数癌基因起作用；负调节信号：抑制增殖，促进分化、成熟和衰老，最后凋亡，抑癌基因发挥作用。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癌基因与抑癌基因的作用机制涉及基因表达调控及细胞分裂、分化过程。癌基因编码类生长因子多肽及其受体分子，通过细胞内信息传递系统刺激细胞增殖。一、癌基因的发现•1911年Rous发现，把鸡肿瘤的无细胞滤液注入健康鸡内，可以引起新的肿瘤。后来证明，Rous发现的是一种肿瘤病毒RSV（tumorvirus)。使人们惊讶的是，肿瘤病毒具有非常小的基因组，却可以使细胞发生癌变。Rous还发现在鸡肉瘤病毒的核酸中有一个特殊片段src,可使细胞转化。后来又发现正常细胞中的原癌基因与病毒中的癌基因是同源的，即它们的DNA顺序是相对应的。鸡肉瘤病毒（RSV)基因组结构图病毒癌基因与正常细胞中的原癌基因同源•后来证实，RSV是一种RNA反转录病毒，除含有病毒复制所需的基因外，还含有一种特殊的转化基因，能使培养的细胞转化成恶性生长表型，也能在动物中引起肿瘤，这种基因被称为病毒癌基因。第一个被发现的癌基因是RSV的v-src，编码产物为酪氨酸激酶，刺激细胞增生的信号分子。二、癌基因概念•是一类能促进细胞生长与增殖,并阻止其发生终末分化,从而导致细胞恶性生长的基因。分为病毒癌基因和细胞癌基因两类。三、癌基因的分类1、病毒癌基因（virusoncogene,v-onc）：存在于肿瘤病毒(大多数是逆转录病毒)中、能使靶细胞发生恶性转化的基因。肿瘤病毒是一类能使宿主产生肿瘤或使培养细胞转化成癌细胞的动物病毒。其核酸组成分为DNA病毒和RNA病毒。病毒癌基因是一类存在于肿瘤病毒（大多数是逆转录病毒）中的、能使靶细胞发生恶性转化的基因。病毒癌基因的特点:1.不编码病毒的结构成分,对病毒的复制亦无作用2.没有内含子3.常出现碱基取代或碱基缺失等突变4.有较强的转化细胞的功能病毒癌基因的致癌机制•2、细胞癌基因（cellularoncogene，c-onc）:不仅存在于正常细胞基因组中而且是有表达的，具有促进正常细胞生长、增殖、分化和发育等生理功能的一类基因称为细胞癌基因。为了与被激活后能使细胞恶性转化的癌基因区分开来，将正常细胞内未激活的癌基因又称为原癌基因（proto－oncogene，pro-onc），其在正常情况下处于静止或低水平（限制性）表达状态。在正常情况下，这些基因处于静止或低表达的状态，对细胞无害，对维持细胞正常功能有重要作用。当其受到致癌因素作用被活化并发生异常时，则导致细胞癌变。癌基因的名称一般用3个斜体小写字母表示，如myc、ras、src等。细胞癌基因的特点:1、广泛存在于生物界中；2、基因序列高度保守；3、它的作用通过其产物蛋白质来体现；4、被激活后，可形成癌性的细胞转化基因。四、细胞癌基因的分类及其功能原癌基因的产物类型1.生长因子类2.生长因子受体/酪氨酸蛋白激酶类3.GTP结合蛋白类4.核内DNA结合蛋白类5.核内转录因子类原癌基因的分类依据其基因结构与功能特点可将大部分原癌基因归于以下几个家族:1、src家族:包括src、abl、fes、fgr、fps、fym、kck、lck、lyn、ros、tkl和yes等基因。Src是最早被发现的癌基因。其表达产物的氨基酸序列具有较高同源性和酪氨酸蛋白激酶活性以及同细胞膜结合的性质，定位于胞膜内侧或跨膜分布。2、ras家族:包括3类密切相关的成员,即H-ras、K-ras及N-ras。虽其核苷酸序列的同源性较少，但编码蛋白质的分子量均为21kD,即p21。其表达产物多属传递信号的小G蛋白，能结合GTP，有GTP酶活性，并参与细胞内cAMP水平的调节。3、myc家族:包括c-myc、L-myc、N-myc、fos、myb、ski等基因,其表达产物定位于细胞核内,为DNA结合蛋白类,或为转录调控中的反式作用因子,有直接的调节其他基因转录的作用。4、sis家族:目前认为sis基因仅有一个成员。其表达产物与血小板源生长因子（plateletderivedgrowthfactor，PDGF）结构相似，可促进间叶组织的细胞增殖。5、erb家族:包括erb-A、erb-B、fms、mas、trk等基因,其表达产物是生长因子和蛋白激酶类。6、myb家族:包括myb和myb-ets复合物等基因,其表达产物为核内转录调节因子，能与DNA结合。根据表达产物的功能和定位可将原癌基因分为以下几类：1、蛋白激酶类：（1）跨膜生长因子受体包括erbB、fms、kit、neu（erb-2、HER-2）、ret、sea等基因。（2）膜结合的酪氨酸蛋白激酶包括src、abl、fes、fgr、fps、fym、kck、lck、lyn、ros、tkl和yes等基因。（3）可溶性酪氨酸蛋白激酶包括met、trk等基因。（4）胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶包括raf（mil、mht）mos、cot、pl-1等基因。（5）非蛋白激酶受体包括mas、erb等基因。2、信息传递蛋白类：（1）与膜结合的GTP结合蛋白包括H-ras、K-ras、N-ras等基因。（2）生长因子类包括sis、int-2等基因。（3）核内转录因子包括c-myc、N-myc、L-myc、fos、jun等基因。目前认为广义的“癌基因”应当是：凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信息传递分子，及与生长有关的转录调节因子的基因均应归属癌基因的范畴。五、癌基因活化的机制（一）获得启动子与增强子（二）基因易位（三）原癌基因扩增（四）点突变(一)点突变原癌基因的表达产物多具有促进细胞增殖的功能，当点突变发生后，（1）该蛋白质的活性可能大大增强，对细胞增殖的刺激作用也增强；（2）可能使该蛋白质的稳定性增加，导致其在胞内的浓度增加，对增殖刺激的时间和强也随之增加；（3）可能会引起RNA的错误剪接（splicingsite）而改变蛋白质的结构和功能。正常GTGGGCGCCGGCGGTGTG肿瘤GTGGGCGCCGTCGGTGTG正常ValGlyAlaGlyAlaVal肿瘤ValGlyAlaValAlaValH-ras基因的点突变（二）获得启动子与增强子某些不含v-onc的弱转化逆转录病毒,而其前病毒含有强启动子和增强子的长末端重复序列(longterminalrepeatedsequence,LTR)，若插入（insertion）到原癌基因邻近位置,便会使该基因过度表达，导致肿瘤的发生。编码序列启动序列(promoter)其他调节序列RNA病毒LTRmycabc（三）原癌基因的扩增原癌基因通过某些机制在原染色体上复制出多个拷贝，导致表达产物异常增多而加速细胞增殖。如：ras或c-myc,在某些肿瘤中表达的蛋白质量升高几十甚至上千倍不等。（四）原癌基因的易位或重排癌基因从所在染色体的正常位置上易位（trnaslocation）至另一染色体的某一位置上，使其调控环境发生改变，从相对静止状态转为激活状态。第二节抑癌基因anti-oncegene一、抑癌基因的基本概念抑癌基因（cancersuppressivegene,anti-oncegene）：抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。二、常见的抑癌基因“癌基因”、“抑癌基因”是在癌瘤研究过程中命名的。细胞的原癌基因和抑癌基因均是细胞的正常基因成分，具有重要的生理功能，除了癌瘤以外，在多种疾病过程中也发挥重要作用。抑癌基因通常用2或3个字母来表示，有时也介入蛋白质产物的大小。基因的蛋白质产物可用其分子量大小(kDa)来表示，前面加p或与基因相同的代码。如p53基因的命名是因其编码序列所翻译的蛋白的分子量约为53kDa，其基因产生p53蛋白。二常见抑癌基因的一些生物学特性基因染色体基因产物及作用主要相关肿瘤APC5q21可能编码G蛋白结肠癌BRCA117q21含锌指蛋白的转录因子乳腺癌、卵巢癌DCC18q21p192,细胞粘附分子结肠瘤erbA17q21T3受体，含锌指结构急性非淋巴细胞白血病的转录因子NF-117p12GTP酶激活剂神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤、雪旺氏细胞瘤、神经纤维肉瘤P169p21p16蛋白(CDK4、6抑制剂)黑色素瘤等多种肿瘤P159q21p16蛋白(CDK4、6抑制剂)胶质母细胞瘤P216q21p21蛋白(CDK4、6抑制剂)前列腺癌P5317p13p53（转录因子）星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠癌、小细胞肺癌、胃癌PTEN10q23细胞骨架蛋白和磷酸酯酶胶质母细胞瘤RB13q14p105（转录因子）视网膜母细胞瘤、成骨肉瘤、胃癌、小细胞肺癌、乳癌、结肠癌WT-111p13含锌指蛋白的转录因子WT、横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、乳癌、肝母细胞瘤三、抑癌基因的作用机制Rb基因的作用机制：Rb基因的失活主要与视网膜母细胞瘤的发生相关。研究发现，在G0、G1期，低磷酸化型的p105Rb可与促进细胞分裂的转录因子E-2F结合形成复合物，从而阻止E-2F对某些基因启动转录，其中包括了一些在细胞增殖过程中起主要作用的基因，如c-myc基因等。高磷酸化型的p105Rb则可促使其与E-2F转录因子分离，从而使其呈现活性，细胞即由G1期进入S期。p53基因的作用机制•在所有的正常细胞中,p53的水平都很低。当DNA损伤时，p53激活可诱发细胞生长停止或细胞凋亡。若细胞处于G1的早期，p53就激活一个关卡，封闭细胞周期，使之不能连续运转。这一关卡由p21完成。因为p21基因是由于p53的转录因子的作用而激活的。p21是一个通用的cdk的抑制因子，可结合cdk2、cdk4、cdk6，并抑制它们的活性。这个关卡使细胞在进入S期前，修复损伤的DNA；但若细胞进入S期，来不及修复损伤的DNA，p53即诱导细胞凋亡。P53蛋白——基因卫士P53蛋白解链酶复制因子AP21蛋白细胞停滞于G1期细胞自杀酸性区核心区碱性区P53蛋白DNA损伤P21基因P53蛋白抑制P53蛋白肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果•单一的癌基因自身并不能转化正常细胞。事实上，为了转化的发生，需要发生多种事件，而且只有癌基因的某种搭配才能见效，从而，这些癌基因必有互补的功能。若是两个癌基因的功能完全相同，就不能使细胞转化。例如只激活一个ras基因，并不致癌；当ras和myc组合，才引起癌变。肿瘤是多阶段多步骤多打击发生的疾病。•思考题：•1.病毒癌基因与细胞癌基因有何区别？•2.肿瘤细胞产生的遗传基础是什么？细胞外界环境在肿瘤发生中起什么样的作用？第三节生长因子growthfactor一、概述生长因子（growthfactor）：通过质膜上特异的受体，将信息传递至细胞内部，调节细胞生长与增殖的多肽类物质。根据生长因子产生细胞与接受生长因子作用的细胞相互之间的关系，可概括为三种模式：1、内分泌（endocrine）2、旁分泌（paracrine）3、自分泌（autocrine）内分泌（endocrine）旁分泌（paracrine）和自分泌（autocrine）二、生长因子的作用机制癌基因、抑癌基因、生长因子与疾病的关系（一）细胞凋亡(apoptosis)在某些生理或病理条下，细胞接受到某种信号所触发的并按一定程序缓慢死亡的过程。诱导细胞凋亡的因素：野生型P53基因（抑癌基因）抑制细胞凋亡的因素：突变型P53基因（癌基因）、神经生长因子(NGF)（二）心血管疾病1、原发性高血压：myc、fos的激活促平滑肌细胞增生P53抑癌基因低表达或突变2、动脉粥样硬化：PDGF过量产生3、心肌