1、专题4癌基因、抑癌基因与肿瘤oncogene, anti-oncogene & tumor,序 言,一、肿瘤细胞的生物学特征（一）生长的自主性（autonomy） 即控制正常细胞增殖的调节因素，对肿瘤细胞不起作用（二）可移植性（transplantability） 将原发肿瘤细胞移植于同种或免疫缺陷动物体内，能再次生长、增殖为和原来完全相同的肿瘤组织。（三）侵袭性和转移性（invasiveness & metastasis） 侵犯邻近组织或向宿主原处器官或全身扩散，即发生转移。（四）去分化或异常分化（dedifferentiation） 往往缺乏成熟的形态和完整的功能，对正常细胞分化调节机制无
2、反应。,二、正负调控信号平衡的重要性,细胞正常,正调信号,负调信号,抑制增殖，促进分化、成熟、衰老和凋亡,促进细胞生长、增殖,阻止分化,细胞异常,正调信号,负调信号,衰老退型性疾病等,细胞异常,正调信号,负调信号,肿瘤 心血管疾病等,第一节 癌基因(正调因素),癌基因概念病毒癌基因细胞癌基因癌基因产物及功能,一、癌基因概念,癌基因（ Oncogenes）：指细胞内控制细胞生长、增殖和分化的基因，当它的结构异常或表达异常时，可以引起细胞癌变。一般是指编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信息传递分子，以及与生长分裂有关的转录因子等的基因。原癌基因（Proto-oncogenes）又称细胞癌基因（
3、 cellular-oncogene, c-onc） ：存在于正常组织细胞基因组中的静止或非活化状态的癌基因。如 c-myc、c-ras、c-src等病毒癌基因（virus oncogenes，v-onc.） ：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。如v-src等,二、病毒癌基因(virus oncogenes)存在于病毒基因组中的癌基因，它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。,Rous Peyton ：The 1966 Nobel Prize in Physiology or Medicine,Rous 肉瘤,命名：逆转录
4、病毒株结合其所转化的宿主细胞，3个字母，如abl 癌基因是由Abelson鼠白血病病毒转化的小鼠中提出.,长末端重复序列,正常的病毒基因,癌基因,调节和 启动转录,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,鸡肉瘤病毒（RSV）基因组结构图,src,逆转录,复制,整合,转录,感染,病毒RNA,RNA-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,三、细胞癌基因,（一）细胞癌基因的特点普遍性：广泛存在于生
5、物界中；保守性：在进化过程中，基因序列呈高度同源性；重要性：表达产物精密调控细胞增殖、分化和凋亡；危害性 : 表达产物结构和数量上的变化，可致细胞 癌变或肿瘤生成。（二）癌基因分类 1. 按癌基因家族分类 2. 按功能分类,家 族 成 员 产物作用 产物定位src家族： src、abl、fgr、fes、 酪氨酸蛋白激酶活性 膜内侧或跨膜 yes、fps、 lck、kek、 fym、lyn、tklras家族： H-ras、K-ras、N-ras 编码P21蛋白，属于 膜内侧 GTP结合蛋白myc家族：c-myc、N-myc、 编码核内DNA结合蛋白， L-myc、 fos 直接调节其他基因转录
6、核内 sis家族： 仅sis 编码P28蛋白，与PDGF 胞外 结构相似，刺激间叶组 织细胞分裂、繁殖 myb家族：myb、myb-ets 编码核蛋白，能DNA结合， 核内 一种转录因子,按家族体系分类,2、按功能及定位的分类,类 别 名 称 定 位 生物学功能生长因子 c-sis 分泌到胞外 血小板源生长因子（PDGF）生长因子受体 c-erb B 细胞膜 表皮生长因子（EGF）受体 c-fms 细胞膜 集落刺激因子-1（CSF-1）受体 c-trk 细胞膜 神经生长因子（NGF）受体胞内传递蛋白 c-src、c-abl 细胞质 酪氨酸蛋白激酶 c-raf、c-mos 细胞质 Ser/Thr
7、蛋白激酶 c-ras 细胞膜 GTP/GDP结合蛋白转录调节因子 c-myc 细胞核内 DNA结合蛋白 c-jun、c-fos 细胞核内 转录因子（AP-1） c-erb A 细胞核内 甾体激素受体类蛋白,编码生长因子的细胞癌基因: 如sis,int-2,hst,fgf-5等，编码蛋白类似多种生长因子包括PDGF、FGF、EGF、TGF-等,这类生长因子类癌基因异常表达时，产生许多生长因子类似物，与相应受体结合后，使信号转导系统失调，导致细胞异常分裂增殖。编码生长因子受体的细胞癌基因：属于酪氨酸蛋白激酶受体及其类似物包括 EGF受体-erbB-1,neu M-CSF受体-fms,kit,ros
8、,ret,sea NGF受体-trk不属于酪氨酸蛋白激酶活性受体 血小板生成素受体-mpl 血管紧张肽受体-mas,有些原癌基因编码的受体结构发生变化，甚至在其对应配体不存在的情况下就可激活这个信号传导链。 如erb B,neu,fin kit,ret,EGF受体,配体结合域,细胞膜,无配体结合域,去头的羧基 末端,V-erbB癌基因产物,编码细胞内信号传导分子的细胞癌基因： G蛋白（ras 家族）、膜结合酪氨酸蛋白激酶（src,abl,fes,yes等）、 丝/苏氨酸蛋白激酶（raf,mos,cot,mil,mlt）、磷脂酶（crk）,GDP,GDP,GTP,GTP,Pi,无活性的Ras蛋白
9、,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,编码核内转录因子的细胞癌基因：myc、fos、jun、myb 基因转录是癌基因最重要的靶子。,myc,雌激素受体基因,DNA结合域,雌激素结合域,嵌合基因,重组反转录病毒载体,感染大鼠成纤维细胞,感染细胞外观正常,加入激素,细胞发生转化,Myc蛋白的激活对细胞的转化作用,四、癌基因活化,激活因素：在某些条件下，如病毒感染、化学致癌物或电离辐射等，癌基因可被相继激活而异常表达，致细胞恶性变以及肿瘤生成。不同原癌基因在不同情况下，可通过不同的途径被激活，成为“活化癌基因
10、”。癌基因活化后的结果： （1）表达时机改变 （2）过量表达 （3）产物异常 激活机制：,（一）获得启动子与增强子,鸡（禽）白细胞病毒（avian leucosis virus，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-1,exon-2,exon-3,c-myc 基因,exon-1,exon-2,exon-3,LTR,exon-1,exon-2,exon-3,LTR,ALV,ALV,LTR,exon-1,exon-2,exon-3,ALV,LTR,缺乏癌基因的逆转录病毒致癌
11、模式,（二）基因易位(gene translocation)：,染色体基因的易位和重排，可使原癌基因移至某些强启动子或增强子附近而被活化，表达增强，致使肿瘤生成。这常见在血液系统肿瘤。,如人Burkit淋巴瘤中，位于8号染色体上的c-myc移到14染色体免疫球蛋白重链（IgH）基因的调节区附近，与这区活性很强的启动子连接而受到活化,免疫球蛋白基因,染色体14,染色体8,c-myc不表达,c-myc基因,E,E,c-myc高表达,易位,c-myc被免疫球蛋白增强子所激活,（三）细胞癌基因扩增(amplication),染色体的一部分过度复制，成为多拷贝基因。如： 乳腺癌 erb B-2基因 神经
12、母细胞瘤 N-myc基因，扩增与 疾病进展 或临床阶段相关。 小细胞肺癌 myc家族基因,（四）点突变(point mutation),在辐射和致癌物作用下，细胞原癌基因常可发生点突变，其表达产物氨基酸组成或结构改变，导致肿瘤生成。 如：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 的点突变（EJ-ras 基因）所致。 H-ras 正常细胞 GGC (12Gly) 肿瘤细胞 GTC (12Val),目 录,第二节 抑癌基因（anti-oncogenes， tumor supp
13、ressor genes）,一、抑癌基因的基本概念（一）概念：是一类抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因，它的丢失或失活与肿瘤的发生有关。反之，其被导入或激活可抑制细胞的恶性表现，这样一类基因称为抑癌基因。（二）发现：1986年，美国加州大学的Geiser等发现，并提出：,正常细胞与肿瘤细胞杂交实验,正常细胞,融合,杂交细胞,（正常，但不稳定）,传代,肿瘤细胞,肿瘤细胞,11号染色体某片段丢失,导入第11号染色体丢失片段,细胞转变为正常,二、常见的抑癌基因,基 因 定 位 相关肿瘤 作 用跨膜受体类： DCC 18q21 结直肠癌 编码表面糖蛋白（细胞粘附分子） PTCH 9q22.3
14、 HEDGEHOG受体胞质调节因子或结构蛋白： APC 5p21 结直肠癌 可能编码G蛋白 NF1 7q12.2 神经纤维瘤 GTP酶激活剂 NF2 22q 神经鞘膜瘤、脑膜瘤 连接膜与细胞骨架转录因子和转录调节因子： P53 17P 多种肿瘤 编码P53蛋白（转录因子） Rb 13q14 视网膜母细胞瘤、骨 编码P105Rb1蛋白（转录因子） 肉瘤、肺癌、乳癌 DPC4 18q21.1 胰腺癌 TGF-调节的MAD相关蛋白 MADR2 18q21 结直肠癌 TGF-调节的MAD相关蛋白 VHL 3P 小细胞肺癌、宫颈瘤 转录调节蛋白 WT1 11P13 肾母细胞瘤 编码锌指蛋白（转录因子）细
15、胞周期因子： P16 9p21 黑色素瘤 编码P16蛋白，CDK4、CDK6抑制剂 P21 6q21 前列腺癌 编码P21蛋白，CDK2、CDK4 、CDK3 和CDK6抑制剂,二、抑癌基因作用机制,（一） p53基因“基因组的卫士” 1、p53基因的发现 曾错误把P53基因定为癌基因 因当初从肿瘤细胞分离得到的P53基因如同myc基因一样，能和ras基因协同转化胚胎成纤维细胞，又依据癌基因为细胞显性表型的原则而被定癌基因，后发现实为其突变型。 1989年，才确认为“抑癌基因”。p53基因与人类50%的肿瘤有关。P53基因突变型在血液系统肿瘤、膀胱癌、肝癌、肺癌、结肠癌以及口腔癌等的细胞中发现
16、。,2、p53的结构 基因：20kb，11外显子，mRNA：2.5kb，编码393氨基酸残基的多肽链，其结构如下：,3、p53的功能,p53是细胞内重要的转录因子，它能识别相关基因的启动子，从而调节p21、GADD45、BAX等基因的转录表达来实现其功能，缺乏这种调节就会导致细胞无限制生长。当射线或其它因素引起DNA损伤时，p53蛋白就 被激活，执行如下功能：调节细胞周期、促进DNA损伤修复：如果细胞处于G1期，p53蛋白通过p21蛋白抑制cdk活性，封闭细胞周期关卡,使细胞生长停止，并激活GADD45,加速DNA修复。诱导细胞凋亡：如果细胞已经处于S期，p53蛋白促进相关细胞凋亡蛋白基因（b
17、ax等）表达，启动细胞凋亡。在复制和转录水平上抑制细胞增殖P53可被一些癌基因产物结合而失活p53突变具有显性失活的效应。,P53 蛋白作用示意图,GADD45,P21,CDK2,4,6,BAX等,生长停止,DNA修复,细胞凋亡,突变 p53 +活化的Ha-ras,野生型p53 +活化的Ha-ras,突变+野生型p53+活化的Ha-ras,正常,异常,正常,P53蛋白基因卫士,P53蛋白,解链酶,复制因子A,P21蛋白,细胞停滞于G1期,细胞自杀,DNA损伤,P53蛋白,P53蛋白,4、P53基因突变与肿瘤 50%以上的人类肿瘤与P53基因的缺失和突变有关. P53基因的点突变最为频发.等位基
18、因缺失. 1979年发现,53kD的磷酸化蛋白, 细胞核内。 P53基因（17p13.1）突变位点主要集中于58外显子（进化保守区II-V）。突变谱与各组织癌的类型、环境因素等有关。肝癌249（Arg）密码子突变为主，肺癌157位颠换突变为主。,（二）Rb基因“控制细胞周期的重要基因”,名称：视网膜母细胞瘤中发现，所以称Rb基因基因结构：200kb，27外显子，2.7kb mRNA，编码928残基的蛋白（P105-Rb） P105-Rb有4个蛋白质结构域，中间A和B结构域形成A/B袋，可特异与DNA肿瘤病毒的转化蛋白及转录因子结合，导致P105-Rb的功能丧失。 P105-Rb是袋蛋白的典型代
19、表。,retinoblastoma,P105-Rb功能：参与调节E2F等多种转录因子来控制细胞周期，影响细胞增殖和分化P105-Rb活性调节：高磷酸化无活性型和低磷酸化活性型，有CYC-CDK来调节；被多种病毒蛋白可抑制P105-Rb,细胞分裂周期图,pRb蛋白作用示意图,myc,myb,cdc2 DNA聚合酶 胸苷激酶 , 二氢叶酸还原酶, pRb,CYCA,CDK2,视网膜母细胞瘤基因（Rb）的作用机制,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,mRNA,DNA,.(三）P16基因: 多种肿瘤抑制基因.编码细胞周期依赖性激酶Cdk4的抑制蛋白. P16基因异常主要以基因缺失为主. P16基因异
20、常的肿瘤包括了人类肿瘤的大部分类型,也包括散发性和具遗传倾向性的肿瘤.,生长因子(growth factor) 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。,作用模式 内分泌 (endocrine)旁分泌 (paracrine)自分泌 (autocrine),产生相应第二信使,胞内相关蛋白质被磷酸化,与膜受体结合,酪氨酸激酶活化,蛋白激酶活化,核内转录因子活化,基因转录,与胞内受体结合,生长因子 受体复合物，活化相关基因,二、生长因子作用机制,目 录,在某些生理或病理条件下，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。,诱导因素：野生型p53基因抑制
21、因素：突变型p53基因 神经生长因子(NGF),三、生长因子与疾病,（一）细胞凋亡,细胞凋亡 (apoptosis),1. 原发性高血压myc、fos的激活促平滑肌细胞增生p53低表达或突变,2. 动脉粥样硬化PDGF过量产生,3. 心肌肥厚ras、myb、myc、fos等过量表达IGF、TGF、FGF,（二）心血管疾病,三、肿瘤发生是多因素、多基因和多阶段相互协调作用的癌变过程,多种遗传缺陷：点突变、易位、基因重排、移码突变、缺失突变和插入突变等癌基因产物之间协同：核内癌基因产物与胞浆癌基因产物发生协调作用，如Myc与Ras。癌基因与抑癌基因以及其它相关基因之间的协调,正常上皮,过渡增生上皮,早期腺瘤,中期腺瘤,晚期腺瘤,腺瘤,转移癌,FAP、MCC 基因突变或缺失,DNA低甲基化,k-ras 基因突变（12p）,dcc 基因突变（18q）,p53 基因突变（17p）,nm 基因突变等,结肠直肠癌发生发展过程中多种基因改变,
