分子生物学疾病与人类健康.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,2020/11/3,*,疾病与人类健康,现代科学认为，疾病的发生在本质上都直接或间接与基因有关。因此，从某种意义上说，人类疾病都是“基因病”！,2020/11/3,1,经典单基因病：,某个单个基因位点上产生了缺陷等位基因。,多基因病：,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。,获得性基因病：,由病原微生物感染引起的传染病，是病原微生物基因组与人类基因组相互作用的结果，都涉及基因结构与表达模式的改变,2020/11/3,2,肿瘤（,tumor/neoplasm):,不受正常生长调控而繁殖的一群细胞。,良性肿瘤：,生长局限在自己的正常位置，不侵染周围组织或其他器官。,恶性肿瘤（癌）：,具有侵染性和转移性，能够侵染、破坏临近的正常组织并随循环系统散布至更远的组织。,2020/11/3,3,癌的发生率随年龄的增长急剧上升。,在人的年龄在,40-80,之间，癌症的发生呈指数增加，表明癌症的产生是一系列独立事件的综合结果。,2020/11/3,4,体外培养的正常细胞和转化细胞的差别,两类癌基因,原癌基因的表达调控,原癌基因产物及其分类,抑癌基因产物对原癌基因的调控,2020/11/3,5,永生化（,immortalization):,描述的是细胞无限制增殖的特性,转化（,transformation):,包括一系列的改变，使得永生细胞能够不受生长约束,肿瘤细胞是永生化的、转化了的细胞,2020/11/3,6,对血清生长因子的需要不同,肿瘤细胞常常表现出细胞为生长因子的依赖性减少，一些肿瘤细胞可在缺乏正常细胞生长必需的外源性因子的情况下繁殖，有时肿瘤细胞自己可产生生长因子驱动自身繁殖。,体外培养的正常细胞对血清生长因子的需求高,体外培养的正常细胞和转化细胞的差别,2020/11/3,7,正常细胞表现密度依赖型，即正常细胞培养物维持在一定水平的血清生长因子中，繁殖到一定的细胞密度就即停止生长。降低细胞密度继续培养时，细胞重新开始繁殖。,转化细胞持续繁殖至更高的细胞密度。,细胞密度,2020/11/3,8,锚定依赖性,正常细胞体外培养时必需附着在一固体基质，如培养盘的表面才可以生长。,肿瘤细胞，可以不附着在表面上悬浮生长，这一特性称为锚定不依赖性（,ancherage independence)。,2020/11/3,9,增殖生命期,正常细胞体外的繁殖能力是有限的，分裂一定次数后，停止生长并死亡。,转化细胞可继续生长，这种永久性培养物被称为“建立的、持续性的或无限增殖细胞系”。,2020/11/3,10,移动的接触抑制,正常细胞沿培养盘表面移动，但与附近细胞接触时停止移动。,转化细胞不表现这种移动的接触抑制。,2020/11/3,11,Normal fibroblasts grow as a layer of flat,spread-out cells,whereas transformed fibroblasts are rounded up and grow in cell masses.The cultures on the left contain normal cells,those on the right contain transformed cells.,2020/11/3,12,2020/11/3,13,两类癌基因,细胞癌基因,(,cell oncogene,c-onc),病毒癌基因,(,virus oncogene,v-onc),2020/11/3,14,细胞癌基因(,cell oncogene,c-onc),即原癌基因(,proto oncogene),的激活产物。,正常细胞中这些基因是不表达的，或少量表达，只有在细胞发生癌变时才有活性，所以称为原癌基因,原癌基因未激活时，可促进正常细胞生长、增殖、分化、发育等，属于“看家基因”；,激活后则变成细胞癌基因，能使正常细胞转化为肿瘤细胞。（当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化）。,2020/11/3,15,病毒癌基因(,virus oncogene,v-onc),病毒所携带的致转化因子，编码这一类基因的主要有,DNA,病毒和,RNA,病毒。,DNA,病毒,RNA,病毒,2020/11/3,16,乙型肝炎病毒（,hepatitis B viruses,HBV)、,乳头瘤病毒(,papillomaviruses)、,腺病毒（,adenoviruses),猴病毒（,simian virus 40,SV40),疱疹病毒（,herpesviruses),痘病毒(,poxviruses),DNA,病毒,2020/11/3,17,Rous,于,1911,年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒,Rous sarcoma virus,，,RSV,），研究证明它是一种反转录病毒，在接种给鸡后诱发肉瘤,66,年获得诺贝尔奖。,2020/11/3,18,RNA,病毒-反转录病毒,该,RNA,在病毒颗粒带进来的,反转录酶,作用下，复制为,DNA,在,RNase,作用下将,RNA,降解掉,以此,DNA,为模板，利用,DNA,聚合酶,指导合成第二条,DNA,链。,双链,DNA,整和到宿主细胞基因组中。,被整合的反转录病毒,DNA,分子称为,原病毒,。,2020/11/3,19,2020/11/3,20,2020/11/3,21,Retroviruses(HIV)bud from the plasma membrane of an infected cell.Photograph kindly provided by Matthew Gonda.,2020/11/3,22,Gag:,病毒外壳蛋白基因,Pol:,逆转录酶及整合酶基因；,Env,：病毒外膜糖蛋白基因,2020/11/3,23,2020/11/3,24,Gag:,病毒外壳蛋白基因,Pol:,逆转录酶及整合酶基因；,env,基因，病毒外膜糖蛋白基因,2020/11/3,25,HIVThe human immunodeficiency virus,（,人类免疫缺陷病毒）,诱发人类获得性免疫缺损综合症,(,acquired immuno-deficiency syndrome),2020/11/3,26,2020/11/3,27,2020/11/3,28,艾滋病的治疗P363,核苷酸型反转录酶抑制剂,非核苷酸型反转录酶抑制剂,2020/11/3,29,RNA,反转录肿瘤病毒分为,急性转化型,acute,非急性转化型,Nondefective virus,2020/11/3,30,非急性转化型,Nondefective virus,不带有癌基因,依赖,LTR,中的强启动子作用原癌基因，诱发癌变,感染较长时间后病毒才启动肿瘤发生。,病毒的致瘤性并不依赖于它的癌基因，而是在于它激活了细胞内原癌基因的表达,2020/11/3,31,急性转化型,acute,这类病毒感染动物后，很短时间内就出现实体瘤或白血 瘤,它们所带的癌基因一般位于病毒基因组内部，也可位于基因组的,3,端，但不会插入结构基因内部,具有体外转化细胞的能力,缺陷型反转录病毒,需辅助病毒的存在才能复制与表达。,2020/11/3,32,transforming retrovirus carries a copy of a cellular sequence in place of some of its own gene(s).,急性转化型：,replication-defective,2020/11/3,33,v-onc,基因的起源,v-onc,与,c-onc,在序列上有显著的相似性！,反转录病毒基因组中所带有的,onc,基因并非来自病毒本身，而是这些病毒在感染动物或人体之后获得的细胞原癌基因。这些动物或人原癌基因经病毒修饰和改造后，成为病毒基因组的一部分并具有了致癌性。,2020/11/3,34,2020/11/3,35,细胞原癌基因大都是断裂基因，带有插入序列，而病毒的致癌基因往往是一个完整的没有断裂的读码框。,断裂基因,完整的没有断裂的可读框,2020/11/3,36,癌基因产物的协同作用,实验证明，细胞周期中,G1,期对于细胞生长的控制具有关键性意义，因为该时相中存在一个“生长控制点”，在正常情况下，细胞可根据对信号的应答，发挥生长控制点的调节作用，使细胞通过该点，进入,S,、,M,期再回到,G1,期，或者阻止细胞通过该控制点而使细胞进入,G0,期。,C-myc,的表达可能使细胞获得了通过“生长控制点”的潜能，而,c-ras,的表达似乎加强了,c-myc,的这种作用潜能，两者协同作用使细胞向,S,期过度成为可能。也就是说，,c-myc,和,c-ras,表达的协同作用是细胞分裂的必要步骤。,2020/11/3,37,2020/11/3,38,用,ras,或,myc,同时转染细胞，可使细胞长期增殖，但不能转化成癌细胞，在裸鼠体内也不能形成肿瘤。但用,ras+myc,同时转染细胞，则使细胞转化成癌细胞。,说明：致癌至少需要,2,种或以上的,onc,协同作用，,2,种,onc,在,2,条通路上发挥作用，由于细胞增殖调控是多因子，多阶段影响的结果。而影响增殖分化的,onc,达几十种之多，所以大多数人认为：癌发生是多阶段多步骤的,2020/11/3,39,定量模型：,v-onc,的表达失去控制，导致基因过量表达，过量表达导致肿瘤形成。如,mos,，,sis,，,myc,等。或者它们的表达不被关闭,定性模型：,v-onc,的蛋白产物性质的改变。如蛋白质的定位、或敏感性等。进而致癌。这些新的性状对细胞具有毁灭性的影响,v-onc,为什么是致癌的呢？,2020/11/3,40,原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。,在正常细胞中通常以单拷贝形式存在，只有低水平的表达或根本不表达。在很多情况下原癌基因的结构发生了点突变或插入、重排、缺失及扩增等，改变其转录活性。,原癌基因的表达调控,2020/11/3,41,碱基,缺失或单碱基突变,基因,扩增,染,色体重排,蛋白质活性大大提高,蛋白质未变化，但总量大大提高,增强子功能使癌基因高效表达,与强启动子基因相融合，提高癌基因表达效率,原癌基因,原癌基因的激活机制,2020/11/3,42,ras,基因编码,p21,癌蛋白,Ras,原癌基因点突变，使,p21,蛋白的结构和功能发生了某些变化。,如,Ha-ras,原癌基因第二个外显子中引起,p21,第61位,Gln,被,Leu,所替代的一个点突变，导致产生转化活性。,所以,p21,分子某些部位发生单个氨基酸替代足以引起蛋白质构象的改变，并使细胞获得转化活性。,点突变,2020/11/3,43,2020/11/3,44,Ras-GDP,是无活性状态；,Ras-GTP,是活性状态，能作用于其靶分子。,GTP activating protein,，,促进,GTP,水解为,GDP,；,G exchange factor,，,GEF，,促进,Ras,用,GDP,交换,GTP,癌基因,v-ras,编码的,Ras,均不为,Ras-GAP,所作用。这样使得,Ras,永远处于活化状态，连续刺激靶分子，导致相当一部分基因永久性地表达。这就是癌发生的机理之一。,GTP,结合蛋白类-,ras,2020/11/3,45,LTR,（,long terminal repeat)：,逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列，其结构中含有强的启动子序列。,当,LTR,插入原癌基因启动子区域或邻近部位后，可从根本上改变基因的正常调控规律。,LTR,插入,2020/11/3,46,c-myc,的编码顺序均未改变，只是正常的病毒控制失去。导致表达量增加而致癌。,2020/11/3,47,在大多数类型的人肿瘤中存在染色体数目和结构异常现象，说明存在原癌基因重排的可能。,原癌基因之间，或者原癌基因与非原癌基因之间的重排。,基因重排,2020/11/3,48,在,Burkitt,淋巴瘤中，,c-myc,定位于8,q24,IgH,定位于14,q32,Ig,定位于22,q12,Ig,定位于2,q11,c-myc,从其上游区到第二外显子的区域内断裂，易位至,IgH，Ig,或,Ig,位点，使,Ig,基因与,c-myc,基因相连在一起，,Ig,基因5端的启动子（强启动子）发挥作用，使原来不表达的,c-myc,基因大量表达,2020/11/3,49,在正常人体细胞中，非受体酪氨酸激酶基因,abl,位于第9号染色体上，表达量极低，不会诱发癌变。,在慢性骨髓瘤病人细胞中，该基因却被转移到第22号染色体上，与,bcr,基因相融合，表达量大为提高。,2020/11/3,50,很多原癌基因5上游区存在负调控序列，一旦该序列发生缺失或突变，就丧失抑制基因表达调控的能力,基因缺失,2020/11/3,51,oncogene,(-),cancer,一些原癌基因5上游存在负调控序列，该序列的缺失或突变，则丧失抑制癌基因表达的能力。,Brukitt,淋巴瘤中,c-,myc,因,负调控序列缺失或,LTR,插入而增强表达。,2020/11/3,52,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。,基因扩增,2020/11/3,53,在正常细胞的生长，发育过程中需要大量相关蛋白质，可通过基因扩增的方式来达到增加表达量的效果。,在肿瘤细胞中，,DNA,扩增的发生频率至少比在正常细胞中高上千倍。实验证明，,癌基因,常常是肿瘤细胞中,DNA,扩增的靶位点，在各类人类肿瘤中已发现了十几种癌基因的扩增。,其机理是原癌基因在扩增后的过量表达。,2020/11/3,54,蛋白质结构未变化，但总量大大提高,基因,扩增,原癌基因,2020/11/3,55,基因互作与癌基因表达,（,1,）染色体构象对原癌基因表达的影响,基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构，也取决于其空间构象，即基因在染色体上的空间排列和染色质的结构。当两个基因相距太近时，往往不易形成有利于高效转录的空间结构。,2020/11/3,56,基因领域,：基因与基因之间的间隔距离,基因领域效应,：同一,DNA,链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低。,2020/11/3,57,原癌基因产物及其分类,原癌基因产物的共同特征：,能够诱发一系列与细胞生长分化有关的基因表达，从而改变细胞的表型。,按照在细胞中的位置分为3类：,与膜结合的蛋白（,erb B,neu,fms,src,基因产物）,可溶性蛋白(,mos,sis，fps,基因产物）,核蛋白（,myc，ets，jun，myb,基因产物,),2020/11/3,58,按照这些蛋白的功能：,生长因子类,生长因子受体类,GTP,结合蛋白类,蛋白激酶类,核蛋白类,功能未知类,癌基因编码信号传导级联反应的蛋白质,2020/11/3,59,2020/11/3,60,（,2,）原癌基因终产物对基因表达的调控,某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用；某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用,2020/11/3,61,癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有,3,处：,癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；,癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；,癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求,2020/11/3,62,生长因子类-,sis,sis,过量表达,基因表达调控元件发生突变，导致细胞大量合成,2020/11/3,63,癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有,3,处：,癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；,癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；,癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求,2020/11/3,64,生长因子受体-,c-erbB,编码,EGF,（表皮生长因子）受体，丢失配体结合区，而不受其控制，组成型的形成二聚体，使其自身磷酸化，从而激活了酪氨酸激酶活性，这样不受配体调节而持续地触发增殖信号。,2020/11/3,65,2020/11/3,66,癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有,3,处：,癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；,癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；,癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求,2020/11/3,67,蛋白激酶类-,src,基因,细胞的增殖有关系。,V-src,失去了配体的控制,因而不管有无配体受体，,v-Src,始终是活化的。,2020/11/3,68,当受体无活性时，,Src 527-Tyr,自身磷酸化并与,SH2,区结合，抑制,416,位点磷酸化；,受体活化后，特异位点的,Tyr,磷酸化并与,Src,的,SH2,集合，,Src,的,527,从,SH2,区释放出，并去磷酸化，而,416,位点失去抑制而磷酸化，,Src,被激活,2020/11/3,69,抑癌基因产物对原癌基因的调控,抑癌基因（,antioncogene,;tumor suppressor gene TSGs,）：,又名抗癌基因 (,tumor suppressor gene TSGs)、,隐性癌基因。是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。,已发现10种,抗癌基因,如,Rb(Retinoblastoma,视网膜母细胞瘤)，,p53,蛋白,它的非活性形式能促进肿瘤生长,。,2020/11/3,70,抑癌基因与原癌基因在生物学上几点差异,在功能上,在遗传方式上,突变发生的细胞类型上,2020/11/3,71,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。,2020/11/3,72,p53,基因与细胞癌变,正常情况下，细胞分裂与,p53,基因无关；,如果细胞中的,DNA,受损伤，,p53,基因被激活，使细胞受阻于,G 1,阶段直到,DNA,被修复或启动细胞凋亡程序；,如果细胞中,p53,基因的两个拷贝同时被破坏，细胞可能直接死于有丝分裂过程中，也可能导致癌变,2020/11/3,73,2020/11/3,74,2020/11/3,75,Rb,基因是从 视网膜纤维瘤中克隆到的另一个抑癌基因，其功能是阻止处于,G0G1,期的细胞进入,S,期，从而控制细胞增殖。正常,Rb,基因的表达几乎可抑制所有培养细胞的分裂。,E2F,为转录因子系列，它们可以激活那些对细胞进入,S,期必须的靶基因。,Rb,基因与与细胞癌变,2020/11/3,76,成视网膜细胞瘤：人类儿童疾病，涉及视网膜的肿瘤。,13q14,的缺失。当,RB,基因的两份拷贝均没有活性时，就会产生视网膜母细胞瘤。,2020/11/3,77,