生物化学和分子生物学5.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,肿瘤,的分子生物学,1,现代科学认为，疾病的发生直接或间接与基因有关,人类疾病都是：“基因病”,经典单基因病,多基因病,获得性基因病,经典单基因病,：主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因，如：地中海贫血、白化病,多基因病,：涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用，如：高血压、糖尿病,获得性基因病：,主要是由病源微生物感染引起的传染病，如肝炎、艾滋病,2,肿瘤：,一群生长失去正常调控的细胞形成的新赘生物（,neoplasm,）。,肿瘤的发生,多因素,、,多基因,、,多阶段,、,多途径,3,What is the difference between the,benign,and,malignant,tumor?,Benign tumor,（良性肿瘤）,:cells stayed together in one mass,Benigh tumor usually are not life threatening,and their surgical removal generally results in a complete cure,Malignant tumor,，,cancer,（恶性肿瘤，癌,),:cells can invade and disrupt surrounding tissues,can also break off from the tumor and move to other part of the body,The spreading of malignant tumor cells throughout the body is called,metastasis,（转移）,4,癌发生涉及多个基因的变化。,细胞水平,癌是,体细胞遗传病,基因水平,癌是,多基因病,癌的发生与常见的复杂性疾病一样，也是由遗传因素（基因变化）和环境相互作用的结果,癌是多,因素病,癌的遗传事件不是单一而是多途径如,DNA,甲基化。,癌是,多途径,机制,癌的发生经历基因多次突变的累积，其发展是一个多阶段的过程。,癌是,多阶段,早发现、早治疗、早预防,5,一 环境因素与肿瘤发生,化学致癌物,辐,射,病毒,6,紫外线,有三种波长：,UVA,（,320-400nm,），,UVB,（,280-320nm,）和,UVC,（,200-280nm,）。,UVB,易被,DNA,碱基吸收，引起,DNA,碱基的改变，因此，被认为与皮肤癌的发生有关。,9,电离辐射,包括,电磁辐射,（,X-,线和,线）和,特殊辐射,（,-,粒子、,-,粒子、原子和中子）。自然环境的一部分，具有致癌性。电离辐射是广泛的致癌物，可以诱导几乎任何年龄、任何物种的任何组织癌变。,与紫外辐射不同，单独置于电磁辐射足以形成肿瘤。,10,病毒,现已发现大量与人类肿瘤相关的,DNA,和,RNA,病毒,。这些病毒是通过整合到宿主细胞,DNA,而发挥作用的。,11,常见的,DNA病毒：,特异性嗜淋巴细胞性疱疹病毒,（,EBV,）,、乳头瘤病毒,（,HPV）和乙肝病毒。,常见的,RNA病毒：,人类T细胞白血病病毒和,人类免疫缺陷病毒。,EBV主要与Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的发生相关。98%非洲人Burkitt淋巴瘤有EBV感染史。100%的鼻咽癌有EBV DNA。免疫缺陷病毒可以引起艾滋病和肿瘤在内的多种疾病。,12,13,二 遗传性肿瘤,少数来源于神经或胚胎组织的肿瘤常为遗传性肿瘤。,这些肿瘤按,常染色体显性,遗传方式遗传，,常为双侧,性或多发性，发病早于散发型病例。,遗传性肿瘤虽然少见，但在肿瘤病因学研究上有重要意义。,14,视网膜母细胞瘤（,Retinoblastoma,，,RB),儿童期（多在,4,岁以前）发病的一种眼内的恶性肿瘤,发生率约,1/21000,1/10000,临床表现：早期为眼底灰白色肿块，多无自觉症状，以后肿瘤长入玻璃体，使瞳孔呈黄色光反射时，才容易被发现，称为“猫眼”。,遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史。,非遗传型多为单侧发病，,发病,晚,，,无,家族史。,15,癌基因和抑癌基因,肿瘤发生的分子基础,16,癌基因,（oncogene),的发现,Rous,于,1911,年首先发现鸡肉瘤病毒（,后称劳斯肉瘤病毒,RSV,），研究证明它是一种,反转录病毒，,在接种给鸡后诱发肉瘤,1966,年，,85,岁的劳斯获得诺贝尔奖。,17,反转录病毒,18,调节和,启动转录,LTR,gag,pol,env,src,LTR,长末端,重复序列,癌基因,正常的病毒基因,产生病毒,表面糖蛋白,产生逆转录,酶和整合酶,产生病毒,垮膜蛋白,反转录病毒基因组结构,产生,p60,src,蛋白质，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化,（,P295,）,19,反转录病毒的复制,20,原,癌基因的发现,1976年Bishop证明,正常细胞,中存在,病毒癌基因（v-oncogene)的,同源序列原癌基因,(proto,-oncogeng,),。,21,原癌基因(proto-oncogene),是细胞正常生长、分化所必需的，是生长发育过程中所不可缺少的。,在发育过程中的一定时间、一定组织中定量的表达，产生生命活动中所必需的蛋白质，促进某些生命过程的进行，使生长发育得以实现。在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态，即不表达或低表达。一旦在错误的时间，不恰当地点，不适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性转化。,22,原癌基因（,proto-oncogene,）,正常细胞内存在的、参与细胞生长分化并具有使细胞癌变潜能的基因,癌基因（,oncogene,）,使细胞发生癌变、引起细胞无限增殖和恶性转化的基因。,在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活，处于活跃表达的状态,23,原癌基因的功能和分类,依其,编码产物,（分布于细胞的不同部位）,功能,分类：,1,生长因子：,sis,、,PDGF,2,生长因子受体：,erbB1,，,EGFR,3,信号传递因子：,src,、,Ras,4,核转录因子：,Raf,（细胞质）,myc,，,fos,，,jun,等。,5,细胞周期素、,CDK,网络成分和激酶抑制子,24,原癌基因在细胞内的分布,25,原癌基因的激活机制,细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活,导致基因表达或过表达,从而使细胞癌变,一般分为,4,类,:,基因扩增,启动子插入激活,点突变,染色体易位或重排,26,人类肿瘤的代表性癌基因及其分类,原,癌基因,癌基因,活化机制,亚细胞定位,人类的肿瘤,生长因子,：PDGF-链 sis 过度表达 细胞外,星形细胞，骨肉瘤，乳腺癌等FGF hst-1 过度表达,细胞外,胃癌，胶质母细胞癌,生长因子受体,：EGFR家族 erb-B1 过度表达,透膜,肺鳞癌，脑膜瘤，卵巢癌等 erb-B2 扩增,透膜,乳腺癌，卵巢癌，肺癌，胃癌等 erbB-3 过度表达,透膜,乳腺癌csf-1受体 fms 点 突 变,透膜,白血病,参与信息转导蛋白质,：结合GTP,H-ras,点 突 变,胞膜内,甲状腺癌，膀胱癌等,K-ras,点 突 变,胞膜内,结肠癌、肺癌、胰腺癌等,N-ras,点 突 变,胞膜内,白血病，甲状腺癌,细胞核调节性蛋白质：,转录活化物,c-myc,易位,核内,Burkitt淋巴瘤,N-nyc,扩增,核内,神经母细胞瘤，肺小细胞癌,L-myc,扩增,核内,肺小细胞癌,27,Evidence of Tumor Suppressor Genes,Henry Harriss experiment(1960):fuse normal cell with cancer cell and observe the resulting hybrid cells.,Expectation:all hybrid cells be cancerous,Result:some hybrid cells did not form tumor,Hypothesis:normal cells contain gene products that has the ability to suppress the uncontrolled cell proliferation of cancer cells,Another evidence:in certain cancers the specific chromosome regions were deleted from both homologues,28,肿瘤抑制基因,/,抑癌基因,（,Tumor Suppressor Gene,，,TSG,）,正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。,与原癌基因区别,：,原癌基因是显性基因，一个等位基因突变即可显示致癌效应；,肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的。一个肿瘤抑制等位基因发生突变，不会发生致癌效应。即只有当其一对基因拷贝失活、丧失功能后，形成隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用，故亦称隐性癌基因。,29,抑癌基因与原癌基因在生物学上有以下几点差异：,在功能上，抑癌基因起,负,调控作用，而原癌基因起,正,调控作用；,在遗传方式上，原癌基因是,显性,的，而抑癌基因在细胞水平上是,隐性,的，,在突变发生的细胞类型上，抑癌基因突变可以发生在体细胞中，也可能发生在生殖细胞中并通过生殖细胞得到遗传。原癌基因突变只发生在体细胞中。,30,31,RB,基因,第一个被克隆的,TSG,32,癌的发生与细胞周期的调控,Rb1,及其产物与细胞周期的调控,P53,及其产物与细胞周期的调控,33,TSG,与细胞周期：,G1,S,G2,M,RB,E2F,Cyclin/cdk,E2F,磷酸化,P16、P21、P27,等,b,及其产物在,细胞周期的,G1,期,发挥,调控,40%,的癌症发生,Rb,的突变或缺失，,RB,蛋白质是细胞周期,G1/S,期的因子，起,DNA,复制阻断的作用，它能与失活的转录因子,E2F,结合，防止,DNA,复制。,Rb,的突变使其蛋白质失活，,E2F,被释放，诱导,DNA,不断复制，使细胞无休止地分裂。,34,P53,及其产物与细胞周期调控,P53,编码转录因子，,多种类型肿瘤中都存在其突变和缺失而致肿瘤的发生，在约,50,的肿瘤细胞中，可以检测到,P53,发生了突变,与,RB1,作用相似，亦为隐性纯合性致癌,35,P53,突变的致癌机理,：,P53,的突变或缺失将使细胞受在到辐射损伤或致癌物刺激时无法阻断细胞周期，细胞失去了对,G1,期,的监控功能，使细胞带着受损伤的,DNA,继续分裂（,G1S),，加速了基因组的不稳定性，导致一系列突变的积累，最终转化成逃避监控的恶性细胞。,36,一些重要的,TSG,TSG,染色体定位,TSG,染色体定位,p53 17p13.1 RB 13q14.1,WT1 11p13 p16 9q21,P15 9q21 NF1 17q1.2,P21 6p21.1 p27 12p13,BRCA1 17q12 DCC 8q21.2,FAP 5q21 p73 1p36.33,NM23 17q21.3,37,癌症的多阶段发生学说,(multi-stage),38,The development of cancer is not a sudden event in general,Cancer is believed to be the results of a series of genetic mutations of special classes of genes in a cell over a period of time,The escalating genetic damages cause cell lost ability to respond to growth regulating signals-divides uncontrollably,*,APC:anaphase promoting complex,*DCC:code for glycoprotein,tumor suppressing,39,结肠癌发生的分子事件,40,小 结,肿瘤的发生既有环境因素的作用，也有遗传因素的作用。,无论是原癌基因还是抑癌基因，都是调控细胞正常生长、增殖与分化的基因。,肿瘤的发生是一个多因素、多阶段、累计渐进的过程。,41,核辐射,获得性免疫缺陷综合症/艾滋病（Acquired immune deficiency syndrome,AIDS）,乙型肝炎(Hepatitis B),42,什么是核辐射？,放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射，核爆炸和核事故都有核辐射。核辐射主要是,、,、,三种射线：,射线是氦核，只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大；,射线是电子，皮肤沾上后烧伤明显。这两种射线由于穿透力小，影响距离比较近，只要辐射源不进入体内，影响不会太大；,射线的穿透力很强，是一种波长很短的电磁波。,y,辐射和,X,射线相似，能穿透人体和建筑物，危害距离远。宇宙、自然界能产生放射性的物质不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核电站事故泄漏的放射性物质才能大范围地对人员造成伤亡。,电磁波是很常见的辐射，对人体的影响主要由功率,(,与场强有关,),和频率决定,43,如果暴露在核辐射中，身体能立即感受到什么感觉吗？,当你暴露于核辐射环境下，你可能会得辐射病。这种病是有症状的。几小时内你就会感到恶心呕吐，随后会出现腹泻、头痛或发烧等症状。在最初的症状过去之后，可能会出现一个短暂的无症状期，但数周后就会出现新的、更严重的症状。,44,辐射对人体造成的伤害能治愈吗？,虽然辐射可能对人体造成损伤，但如果剂量不高，机体可以通过自身的代谢过程对受损伤的细胞或局部组织进行修复。这种修复作用程度的大小，既与原初损伤的程度有关，又可能因个体间的差异而有所不同。,45,辐射对人体健康有何种危害？,暴露于电离辐射可能会增加患癌症的风险。对原子弹爆炸幸存者、接受放射诊疗的病人、职业受照人群以及前苏联切尔诺贝利核事故受照人群的辐射流行病学研究表明，在全身辐射剂量低于,100,毫西弗,(mSv),时，未发现明显的辐射致癌效应。对日本原子弹爆炸幸存者的调查研究表明，在遭受辐射后数年里，患白血病的风险增加；,10,年后患癌症的风险增加。,46,辐射可能对人体造成的长期影响是什么？,辐射对人体健康的长期影响最严重的方面是它会引发癌症。一般而言，一个正常的细胞一旦到了其寿命，它会“自杀”，从而死亡，给新生的细胞让路。而当细胞丧失了这种“自杀”功能时，癌症便发生了。这种细胞变得“永生不老”，持续进行细胞分裂增殖，失去控制。,47,面对辐射污染，儿童是否面临更大的风险？,从某种意义上来说，是的。这是因为儿童的生长更为迅速，细胞分裂也更加频繁，细胞在对损伤进行自动修复时也就有更大的几率出现错误，从而导致严重后果。,在,1986,年乌克兰切尔诺贝利核电站事件发生之后，联合国世界卫生组织注意到当地的儿童患甲状腺癌的比例出现显著上升。,48,获得性免疫缺陷综合症,/,艾滋病,（,Acquired immune deficiency,syndrome,AIDS,）,49,animation,50,P24 Capsid protein,P18 Matrix protein,HIV(,Human immunodeficiency virus),病毒粒子的形态结构,51,HIV,基因组及其编码的蛋白,编码反转录酶、整合酶和蛋白酶,编码外膜蛋白,TAT and REV are essential for HIV replication,编码病毒的核心蛋白,52,HIV,的复制,53,The Life Cycle of HIV,54,乙型肝炎,(Hepatitis B),55,HBV(hepatitis B virus),基因组结构,双链部分环状结构：两链长短不一,短链和长链的,5,端通过,240bp,配对维持环状结构,长链,(L),完整、恒定，,3.2Kb,，负链,短链,(S),为正链，长度可变，约为长链长度的,50,80%,两条链互补区两恻各有一个,11,个碱基的直接重复序列，称,DR1,和,DR2,56,Genome of HBV,a circular,double-stranded DNA containing single-strand breaks,不完全双链环状DNA,four open reading frames that encode seven polypeptides.,含4个ORF,编码7个蛋白,S,HBsAg,Pre-s1,Pre-s2,C,HBcAg，HBeAg,P polymerase多聚酶,X HBx,Ag,基因,57,HBV,的复制,dsDNA,不是,通过半保留复制方式复制,58,