1、基因病,单基因病：地中海贫血、血友病、苯丙酮尿症、糖原贮积症等多基因病：家族性高血脂、糖尿病、高血压、动脉粥样硬化等获得性基因病：病毒感染（HIV、HBV、SARS）与先天性疾病的区别：遗传物质的改变。,9.1 肿瘤与癌症,肿瘤是一种基因病，遗传物质改变是肿瘤发生的原因良性肿瘤：局限在自己的正常位置，不侵犯周围组织和器官恶性肿瘤：不受生长调控而繁殖的细胞，常侵犯周围组织和器官现代肿瘤医学的成果：癌基因的发现：病毒癌基因（v-onc）、细胞转化基因（c-onc）抑癌基因的发现染色体畸变与癌基因表达相互关系的揭示,9.1.1反转录病毒致癌基因,1910年，Rous肉瘤病毒，gag、env、pol基
2、因。RNA-DNA-整合-原病毒；,v-src基因,p60蛋白，它的作用是使多个靶蛋白的酪氨酸发生磷酸化，如枢纽蛋白（vinculin）细胞骨架蛋白磷酸化提高20倍以上，细胞粘附能力减弱，易发生脱落和转移。,反转录病毒种类,急性转化型快速出现瘤体癌基因位于基因组内部具体外转化能力非急性转化型 感染宿主细胞后需较长时间才会致癌。,病毒癌基因的起源,v-onc基因来源于病毒感染宿主后获得的细胞原癌基因（c-onc），如src基因,常见致癌基因：ras家族、myc家族,H-ras：结肠癌、肺癌、胰腺癌K-ras：恶性骨髓瘤、成淋巴细胞瘤N-ras：泌尿系统癌症C-myc：G0/G1，生长控制点。协同
3、作用,9.1.2 原癌基因产物及其分类,位置分：膜蛋白：erbB、neu、fms、mas、src 可溶性蛋白：mos、sis、fps核蛋白：myc、ets、jun、myb功能分：蛋白激酶类生长因子生长因子受体类GTP结合蛋白类核蛋白类功能未知类,表9-2 原癌基因及其产物的分类,原癌基因产物的共同特征,都能诱发一系列与细胞生长有关的基因表达。即促进细胞的分裂。,9.1.3 原癌基因的表达调控,点突变：LTR插入基因重排缺失基因扩增,9.1.3 原癌基因的表达调控,点突变：LTR插入：逆转录病毒的长末端重复序列，强启动子。基因重排：8q24的c-myc与免疫球蛋白基因重排，表达量增加。缺失：负调
4、控序列基因扩增：肿瘤细胞中频率比正常细胞高上千倍。,9.1.4 基因相互作用与癌基因表达,染色体构象对原癌基因表达的影响： 基因在染色体上的空间排列和染色质的结构。基因领域（gene territory）、基因领域效应（gene territory effect）。如c-myc基因原癌基因终产物对基因表达的影响：1、模拟生长因子；2、模拟受体；3、作用生长调控途径。,3.抑癌基因 tumor suppressor gene,细胞内一类抑制肿瘤发生、生长的基因，能对抗癌基因的作用。在生物体内与癌基因功能相抵抗，共同保持生物体内正负信号相互作用的相对稳定。肿瘤抑制基因的失活和癌基因的激活都是癌变过
5、程的一部分。,抑癌基因主要功能,(1) 诱导细胞终末分化(2) 维持基因组稳定 (3) 触发衰老，诱导细胞程序性死亡 (4) 调节、抑制细胞生长 (5) 抑制蛋白激酶活性 (6) 改变DNA甲基化酶活性 (7) 调节组织蛋白酶活性 (8) 调节血管形成 (9) 促进细胞间联系,抑癌基因与原癌基因的差异,RB基因控制细胞周期的肿瘤抑制基因,Rb基因是最早发现的肿瘤抑制基因，最初发现于儿童的视网膜母细胞瘤，因此称为Rb基因。在正常情况下，视网膜细胞含活性 Rb基因，控制着成视网膜细胞的生长发育以及视觉细胞的分化，当Rb基因一旦丧失功能或先天性缺失，视网膜细胞则出现异常增殖，形成视网膜母细胞瘤。实验
6、表明，将Rb基因导入视网膜细胞瘤或成骨肉瘤细胞，结果发现这些恶性细胞的生长受到抑制。,Rb蛋白磷酸化修饰作用对细胞生长、分化起着重要的调节作用处于静止状态的淋巴细胞仅表达非磷酸化的Rb蛋白（活性形式）。终末分化的单核细胞和粒细胞仅表达高水平的非磷酸化Rb蛋白，即使在生长因子诱导下，Rb蛋白也不发生磷酸化，细胞也不出现分裂。处于分裂增殖的肿瘤细胞含有磷酸化型的Rb蛋白（非活性形式） ，细胞进人S期Rb基因对肿瘤的抑制作用与转录因子（E-2F）有关：E-2F是一类激活转录作用的活性蛋白。在 G0、 G1期，低磷酸化型 Rb蛋白与 E-2F生成复合物，使E-2F处于非活化状态在S期，Rb蛋白磷酸化与
7、E-2F解离，E-2F变成游离状态，细胞立即进人增殖阶段。当Rb基因发生缺失或突变，丧失结合、抑制E-2F的能力，细胞增殖活跃，导致肿瘤发生。,Rb基因,P53基因基因组的保护神,具有分裂机能的细胞的基因发生损伤时，p53蛋白接受了DNA损伤信号，在细胞内的含量增加并活化，启动G1期关卡，推迟细胞周期进入S期，使细胞得以修复DNA。若细胞已过S期，修复不能进行，则诱导细胞凋亡。,目前发现：,癌基因 有100多个抑癌基因 有11个，可能有50多个转移基因（metastasis gene）直接促进转移发生的关键基因，其存在或表达增强会引起侵袭转移的发生转移相关基因（ metastasis-assc
8、ciated gene ） 只涉及转移的某个阶段，并非参与整个转移过程转移抑制基因（metastasis suppressor gene）肿瘤耐药基因,9.2.1 HIV病毒粒子的形态结构和传染,直径100nm,外被双层脂膜，两条单链正链RNA。,9.2.2 HIV基因组及其编码的蛋白,HIV基因组结构：9.7kb,5端帽子结构（m7G5GmpNp），3端poly(A)尾巴。,9.2.2 HIV基因组及其编码的蛋白,HIV编码的蛋白质及其主要功能：gag基因：编码核心蛋白，先形成前体蛋白（p55）,然后在蛋白酶的作用下切割成p17, p24, p15三个蛋白。 p24构成外壳（CA）, p17
9、构成内膜蛋白（MA） 、p15进一步被切割成与RNA结合的核衣壳蛋白（NC）p9和p7。pol基因：逆转录酶p66、整合酶p32pro基因：蛋白酶p22env基因：外膜糖蛋白gp160,进一步切割成gp120和gp41,gp120称外膜蛋白，与CD4结合，与跨膜蛋白gp41一起使病毒核心进入细胞。,9.2.2.3 HIV膜蛋白,gp160蛋白：845870aa；511位切割成gp120和gp41；gp120糖基化与CD4受体结合。,9.2.2.3 HIV膜蛋白主要功能区,主要抗原决定簇：V3区(301324)T细胞决定簇：主要决定簇308322，辅助决定簇T2和T1位于105117的C1区和4
10、21436位的C4区。CD4受体结合区：C4区，423427,9.2.3 HIV 的复制,gp120与CD4结合，病毒核心蛋白和RNA进入细胞，反转录酶以病毒RNA为模板合成单链DNA，并由宿主细胞DNA聚合酶合成双链DNA（原病毒），经环化后进入细胞核并整合到染色体上，随细胞分裂传递，长期潜伏。主要过程：原病毒整合到宿主染色体上，无症状原病毒利用宿主细胞的转录和合成系统转录产生病毒mRNA，其中一部分编码病毒蛋白，与基因组RNA组装成新的病毒颗粒，从寄主细胞中释放出来侵染其它健康细胞寄主细胞瓦解死亡,HIV转录的主要过程：,转录从5端LTR起始，形成一条长链RNA,并切割成短mRNA，指导合
11、成HIV调控蛋白。调控蛋白Rev达到阈值，进入晚期转录，转录长链mRNA，指导结构蛋白复制，组装成病毒颗粒。HIV病毒随机整合到染色体上。,9.2.4 HIV 基因表达调控,LTR序列：位于基因组两端，序列高度保守。核心调控原件：从LTR起始到-78位，含细胞转录调控因子结合区，又称增强子区。核心转录单位：转录起始区（TATA区和SP1结合区）反式激活因子应答元件（TAR）：+1+60位，是反式激活因子（Tat）作用所必须。,9.2.4.2 参与HIV复制的调控蛋白,Tat蛋白：转录激活因子,两个外显子，101aa。三个功能域：酸性氨基酸区：激活基因表达富含半胱氨酸 (Cys)区：与核蛋白结合
12、，活性必须碱性氨基酸区：核核仁定位信号，与TAR RNA凸出部特异结合。,Tat与TAR对HIV复制的协同调控作用TAR序列及高级结构要完整还需寄主细胞因子协同作用对上游启动子和增强子的依赖Tat的主要作用是促进RNA聚合酶II转录起始复合物的组装，在没有Tat的情况下，转录短的产物，在Tat存在时，转录长链RNA。,9.2.4.2 参与HIV复制的调控蛋白,Rev蛋白：两个外显子，116aa，正调控结构蛋白的表达活性，负调控许多调控蛋白。Rev效应元件：env和gag/pol mRNA上的234个核苷酸。主要功能：增加细胞质中未经编辑的基因组全长转录产物，增加含有Rev效应元件RNA的稳定性
13、，并促进它们向细胞质运转。阻碍剪接子的组装，促进HIV基因表达由早期（转录调控蛋白）向晚期（转录结构蛋白）转变。,9.2.4.2 参与HIV复制的调控蛋白,Nef蛋白：负调控因子和磷酸化蛋白，抑制前病毒基因的表达，提高和维持HIV在体内的含量。Vpr蛋白：又称病毒R蛋白，96aa,作用于LTR区，提高HIV的复制速度Vpu蛋白：HIV-I型特有，81aa，病毒U蛋白，促进病毒粒子的组装、成熟、释放。Vif蛋白：是HIV-I型侵染所必须。,9.2.5 HIV的感染及致病机理,感染过程：急性期(2-4周)潜伏期(7-8年)发病期致病途径及机理：病毒大量繁殖造成细胞死亡HIV表面的gp120脱落，与
14、正常细胞CD4受体结合，使细胞被杀死。T细胞CD4被封闭，影响其功能。刺激机体产生特异性抗体，阻断T细胞功能。病毒包膜蛋白引起细胞融合，形成多核巨细胞。,9.2.6 艾滋病的治疗及预防,核苷酸型反转录酶抑制剂非核苷酸型反转录酶抑制剂疫苗：减毒疫苗、灭活疫苗、重组病毒载体活疫苗、基因工程亚单位疫苗及合成寡肽疫苗。,9.3 乙型肝炎病毒HBV,肝炎病毒（hepatitis virus）：HAV：小RNA病毒科HBV：嗜肝病毒科HCV：RNA病毒HDV：与乙肝有关的缺陷型病毒HEV：杯状病毒,9.3.1 乙肝病毒的分类及结构,嗜肝DNA病毒科禽嗜肝病毒属正嗜肝病毒属乙肝病毒分四种亚型：adr、adw
15、、ayr 、ayw。我国以adr为主，adw次之。,9.3.1 乙肝病毒粒子结构,9.3.2 乙肝病毒基因组及其编码的蛋白,基因组：1979年，法国，具多态性，3215 bp 。有部分单链区的环状双链DNA；长链为负链（3.2kb），短链为正链，长度为负链的5080长链的5端结合末端蛋白（引物酶）；短链5端与具有帽子结构的RNA结合。两条链的互补区两侧有11bp的直接重复序列DR1和DR2。,P区与S区有70%以上的重叠，同在一个区段，仅仅由于起读点不同，就能复制出功能大相径庭的产物，如155始读则833终止，产生S抗原；而由131始读则1129终止，产生反转录酶,P,HBV转录产物,四种转录
16、产物，3.5kb, 2.4kb, 2.1kb, 0.8kb, 都有poly(A)尾巴。L链转录：3.5kb和2.1kb，核心蛋白，前S1,前S2蛋白。S链转录：2.4kb和0.8kb，S蛋白，X蛋白L链转录S链转录,HBV基因转录的调控,启动子：位于四个基因的前面，四种：C启动子、SP1、SP2、X。增强子：增强子I、增强子II。反式作用因子：X基因，能激活自源、异源启动子，具有X应答元件，具丝氨酸/苏氨酸活性，与相关细胞因子结合后，再结合于靶序列上发挥作用。,HBV的编码区及产物,S编码区：乙肝表面抗原蛋白：表面抗原主蛋白（SHBS）、前S1蛋白、前S2蛋白（中蛋白：S+S2; 大蛋白：S+
17、S1+S2）。P编码区：末端蛋白（引物酶）、间隔区、反转录酶/DNA聚合酶、RNaseH.C编码区：病毒核心抗原（HBcAg）,切除N端19肽和富含精氨酸的C端，成E抗原（HBeAg）X编码区：X蛋白，具反式调控作用。,9.3.3 HBV的复制,反转录途径：第一步：病毒脱掉外壳，基因组DNA进入细胞核，经DNA聚合酶修复正链缺失部分，形成共价闭环双链DNA，大量扩增。第二步：在宿主的RNA聚合酶作用下转录，3.5kb前基因组RNA从5端DR1处开始，经DR2后继续合成，终止于DR1后85碱基处的的TATAAA序列，比病毒DNA多130270个碱基。第三步：前基因组的部分RNA被包装入核心颗粒，
18、并进行反转录，以与母链连接的末端蛋白为引物，合成负链DNA。由RNase H将模板降解，但5端帽子结构到DR1区域不被降解，作为正链合成的引物。第四步：在DNA聚合酶作用下合成正链，“引物易位”，未完成时，包装成病毒颗粒，形成不完整的双链基因组。,9.3.3 HBV的复制,HBV的复制,亲代“+”链DNA延长亲代“-”链 DNA “+”链 RNA“+”链 RNA等包装成病毒核心颗粒“+”链 RNA 子代“-”链 DNA子代“-”链 DNA 子代“+”链DNA,9.4 人禽流感的分子生物机制,病原：禽流感病毒，属正黏病毒科流感病毒属A型流感病毒。人禽流感：呼吸系统病变到全身败血症的高度急性传染病
19、。,9.4.1 人禽流感病毒特点及分型,正黏病毒科AB型流感病毒属C型流感病毒属类托高土病毒属,禽流感病毒感染人类的机制,HA受体结合位点的突变导致禽流感病毒易于感染人类细胞HA 226谷氨酰胺，与禽类呼吸道上皮细胞表面受体结合。HA 226亮氨酸，与人呼吸道上皮细胞表面受体结合。HA 226甲硫氨酸，与禽、人呼吸道上皮细胞表面受体结合能力相同PB2蛋白627位氨基酸点突变导致人禽流感病毒复制能力增强谷氨酸（禽流感病毒）赖氨酸（人流感病毒）NS1第92位氨基酸的突变导致人禽流感病毒致病能力显著增强,9.5 SARS病毒全基因组,2002年11月16日佛山市出现第一例“非典型肺炎”患者2003年
20、2月28日，世界卫生组织将这种疾病正式命名为严重急性呼吸系统综合征（Severe Acute Respiratory Syndrome，SARS）截至7月17日，该病涉及到世界近32个国家和地区，全球患者已达8437多例，死亡813人，死亡率9.64%,3月24美国疾控中心分离并判定“非典”病原体可能是新型冠状病毒。中国香港、新加坡、加拿大、德国在内的几个实验室也都确认了这种新型冠状病毒的存在。4月12日凌晨，加拿大大不列颠哥伦比亚省癌症研究院属下的麦克尔史秘斯基因科学中心率先公布了全球首份SARS病毒基因图谱4月15日晚军事医学科学院微生物流行病研究所与中国科学院北京基因组研究所合作，也于成
21、功完成了对冠状病毒的全基因组序列测定。,冠状病毒属属于：病毒（Viruses）；无DNA阶段单链RNA正链病毒（ssRNA positve-strand viruses）；有壳病毒目(Nidovirales)；冠状病毒科，分为冠状病毒属(Coronavirus)和环曲病毒属（Torovirus）,SARS-CoV的侵染过程,病毒侵染：S1蛋白与敏感细胞的受体（ACE2血管紧张素转换酶2）结合,引起病毒囊膜和细胞膜融合，病毒以内吞方式进入细胞。复制：组装分泌,SARS-CoV的起源及变异,起源：果子狸、猴、蛇、蝙蝠、老鼠等。动物的SARS样病毒是人类SARS-CoV的前体，果子狸的SARS样病毒
22、比人类SARS-CoV多29bp。,9.6 基因治疗,定义：运用遗传物质，或相关产物。纠正人体本身基因结构或功能上的错乱阻止病菌的侵染杀灭病变的细胞抑制外源病原体遗传物质的复制,基因治疗的历史,1990年，首次以反转录病毒为载体，把腺苷脱氨酶基因（ADA）导入来自病人自身的T淋巴细胞，经扩增后回输。前景分析：与基因工程相比较,基因治疗的途径,ex vivo途径：将含外源基因的载体在体外导入人体自身或异体细胞，“基因工程化的细胞”，经体外细胞扩增后输回人体。优点：安全性好；缺点：不易形成规模。in vivo途径：将外源基因装配于特定的真核细胞表达载体上，直接导入人体。优点：有利于大规模生产；缺点
23、：技术要求高。,基因治疗中的病毒载体,基本条件：能够携带外源基因并能装配成病毒颗粒能够介导外源基因的转移和表达对机体没有致病力反转录病毒、腺病毒、腺病毒伴随病毒、疱疹病毒等,病毒基因组包括：编码区：结构蛋白和非结构蛋白（分必需基因和非必需基因）非编码区构建方法：直接插入到非编码区删除复制基因和病毒癌基因删除部分非必需基因和部分必需基因，增加插入外源基因的容量。,病毒载体的分类：重组型病毒载体： 不改变病毒复制和包装所需的顺式作用元件，有选择性地删除早期基因，通过同源重组法将目的基因插入到病毒基因组。无病毒基因的病毒载体：由重组载体和辅助系统组成。重组载体由外源基因表达盒、病毒复制和包装所必需的
24、顺式作用元件及载体骨架组成。辅助系统由病毒复制和包装所必需的所有反式作用元件，常由另外的辅助病毒提供。,病毒载体在基因治疗中的应用,1990年第一例已进行了数百项临床试验病人上千人2/3应用了病毒载体,基因治疗中的问题,靶向性基因导入系统：将治疗基因送入特定的靶细胞外源基因表达的可控性：模拟人体内基因本身的调控形式。治疗基因过少,非病毒载体,病毒载体的不足：免疫原性高、毒性大、目的基因容量小、靶向特异性差、制备较复杂、费用高等。,非病毒载体的种类,裸DNA（naked DNA）：物理方法导入，如直接注射或基因枪。缺点：只能局部作用。“DNA疫苗”。,非病毒载体的种类脂质体（liposome v
25、ector）/DNA复合物：具双层脂质膜，能促进极性大分子穿透细胞膜。种类：阳离子脂质体：由带正电荷的脂类和中性辅助脂类等摩尔混合。阳离子脂质与带负电的DNA结合形成复合物。阴离子脂质体、pH敏感脂质体：细胞内吞时，避免溶酶体降解融合脂质体等。,多聚物/DNA复合物：原理：利用阳离子多聚体的氨基基团的正电荷与DNA的负电磷酸基团结合，形成稳定的多聚复合物（polyplex） 。防止被核酸酶降解，防止沉淀。常用的阳离子多聚体：多聚左旋赖氨酸、鱼精蛋白、组蛋白、多聚乙胺、多聚乙烯亚胺、星状树突体等。优点：合成方便，安全无毒不足：特异性、靶向性差，转化效率低。,非病毒载体的种类,DNA微球体,非病毒载体的种类,
