癌基因与抑癌基因

Chapter16Oncogene,Anti-oncogeneandGrowthFactor第十六章癌基因、抑癌基因与生长因子•据估计，大约有三分之一的人在生命的某一阶段要遭遇癌症。•迄今发现的癌症有200多种，我国最为常见和危害性最严重的肿瘤为肺癌、食管癌、胃癌、大肠癌、肝癌、乳腺癌、鼻咽癌、宫颈癌和淋巴瘤、白血病。•根据卫生部肿瘤防治办公室提供的2006年我国肿瘤发病率和十大恶性肿瘤发病率排序显示，肺癌、乳腺癌分别位居男、女性恶性肿瘤发病首位，男女恶性肿瘤死亡率最高的均为肺癌。引言肿瘤（tumor）是指细胞在致癌因素作用下，基因发生了改变，失去对其生长的正常调控，导致单克隆性异常增生而形成的新生物。这种新生物常形成局部肿块，因而得名。根据肿瘤的生物学特性及其对机体的危害性的不同，肿瘤可分为良性肿瘤和恶性肿瘤两大类。良性肿瘤生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转移，对人体健康危害不大。恶性肿瘤生长迅速，可转移到身体其他部位，还会产生有害物质，破坏正常器官结构，使机体功能失调，威胁生命。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一、概念癌基因：细胞内控制细胞生长和分化的基因，它的结构异常或表达异常，可以引起细胞癌变。第一节癌基因(Oncogene)二、癌基因理论的确立PeytonRousandRoussarcomavirus1966年诺贝尔奖授奖仪式上生理学或医学奖评定委员会委员G.克莱因教授致词那是1910年。那时刚刚了解，每个个体细胞都通过分裂而来自其他细胞；癌细胞的分裂方式与正常细胞完全一样，不同之处仅在于它们往往肆无忌惮地侵入正常的组织屏障。那时也刚刚认清，某些传染病是由一些小得在光学显微镜下看不见、并能通过细菌通不过的超滤器的生物所引起。这些生物称为滤过性“毒物”或病毒。就在那时和那时前后，现代生物学尚未建立，人们还不能设想看不见的病毒与癌细胞的自行其是的生长之间会有什么关系。大约就在这个时候，洛克菲勒研究所30岁的研究人员劳斯进行了一些实验，这些实验乍看起来有点生拉硬扯。他把一只母鸡身上的恶性结缔组织(肉瘤)制成无细胞滤液，并把它接种入健康的鸡体内。结果是令人惊讶的，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：？）1932年，Shope发现，野生棉尾兔的皮肤肿瘤也可借助无细胞滤液传播。把这些实验联系在一起，劳斯第一个想到正常细胞之变成癌细胞不一定是个突然的过程；那些原来作为整体一部分的细胞可能通过若干步骤，逐渐变成独立的自行其是的癌细胞。劳斯把这个过程称为“肿瘤进展”，在这个过程开始时，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；这种说法如此根深蒂固，所以人们往往把各种病毒原性肿瘤解释为不可思议的例外。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，并且其行为就如同新的遗传因素一样，引起某些细胞特性的永久性改变。重新估计了病毒概念之后，就有可能了解病毒怎么会将正常细胞循规蹈矩的行为改变为特见于癌细胞的恶性增生。Rous病毒是一种急转化逆转录病毒(acutetransformingretrovirus，RNA病毒)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•LTR(longterminalrepeat)序列是调节区，含有反转录病毒DNA基因组表达所需要的全部调节元件；•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LTRLTRGAGPOLENVLTRLTRGAGPOLENVONC•反转录病毒癌基因（v-onc)的起源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）。二、分类原癌基因的特点广泛存在于生物界中；基因序列高度保守，为持家基因(house-keepinggene)；作用通过其产物蛋白质来体现正常情况下表达水平很低;被激活后，形成致癌性的细胞转化基因。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：(1)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(2)3个字母后跟一个字母或数字，说明这些基因是密切相关的成员erbA--甲状腺激素受体的病毒类似物erbB--表皮生长因子受体的同源类似物癌基因的分类根据其基因结构和表达产物的功能特点可将原癌基因分为以下几个家族：①src家族——酪氨酸蛋白激酶②ras家族——p21蛋白，与GTP结合，GTP酶活性③myc家族——核内DNA结合蛋白④sis家族——p28(类人血小板衍生生长因子）⑤erb家族——生长因子和蛋白激酶类⑥myb家族——核内转录调节因子二、癌基因的产物与功能1、生长因子（GF）：PDGF、EGF、TGF-22、生长因子受体3、细胞内信号转导体4、核内转录因子目前认为广义的“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。三、原癌基因激活的机制（一）点突变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（二）获得启动子与增强子指来源于病毒等的启动子或增强子插入到细胞癌基因的附近或内部而使其开放并异常转录。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。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-3ALVLTR缺乏癌基因的逆转录病毒致癌模式（三）癌基因的甲基化程度降低•真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化DNA甲基化的生物学意义控制基因表达甲基化范围与基因表达程度呈反比。DNA甲基化能关闭某些基因的活性去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达抵御外来入侵的寄生DNA近年来DNA甲基化已成为肿瘤研究的热点，甲基化状态分析可作为判断肿瘤生物学特征及临床预后的重要指标之一蛋白质结构未变化，但总量大大提高基因扩增原癌基因•使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达。（四）原癌基因扩增c-myc基因c-myc基因是禽类白血病增生病毒（ALV）癌基因的同系物。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。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。由于染色体重排而导致细胞癌基因从正常位置转移到另一位置，常常是插入一启动子后而使其转录活性增加。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。（五）基因易位或重排c-abl原癌基因的易位激活c-ablc-bcrc-abl原癌基因，经重排后插入到bcr基因的启动子后，使其转录活性增加，从而引起慢性粒细胞性白血病。双星拱月夜空现巨大笑脸•2008年12月1日，夜幕降临后，夜空中最明亮的三颗天体——月亮、金星和木星在西南方的低空齐汇人马座。•在西方神话中，金星是主管爱情和美丽的“维纳斯”女神。而木星则是“行星之王”。第二节抑癌基因Section2Anti-oncogene抑癌基因又称为抗癌基因（anti-oncogene）或肿瘤抑制基因，是指存在于正常细胞中，其编码产物能抑制细胞生长、增殖的一组结构基因。抑癌基因大多编码与细胞周期调控有关的抑制蛋白，当抑癌基因缺失或突变，细胞增值失控，导致肿瘤。一、抑癌基因的基本概念抑癌基因与原癌基因在生物学上有以下几点差异：①在功能上，抑癌