恶性肿瘤的分子生物学分解ppt课件.ppt

第第8章章 恶性肿瘤的分子生物学恶性肿瘤的分子生物学(Molecular Biology of Malignant Tumors)马立克氏病病鸡马立克氏病病鸡马立克氏病病鸡马立克氏病病鸡图1 卵巢肿瘤A：GAe组雏鸡接种MDV GA株后40天，卵巢形成明显肿瘤（如箭头所示）；B：GA0组卵巢正常（如箭头所示）；C：异常卵巢和正常卵巢的直观比较）图2 睾丸肿瘤A：GA0组睾丸正常（如箭头所示）；B：GAe组雏鸡接种MDV GA株后40天，睾丸形成明显肿瘤（如箭头所示）；C：异常睾丸和正常睾丸的直观比较）肿瘤(tumor)是机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致克隆性异常增生而形成的新生物9.1 概述概述l肿瘤有良性、恶性之分。仅快速增殖而不扩散肿瘤有良性、恶性之分。仅快速增殖而不扩散的称为良性肿瘤；而不仅异常快速增殖，而且的称为良性肿瘤；而不仅异常快速增殖，而且细胞可发生扩散转移的称为恶性肿瘤，特称为细胞可发生扩散转移的称为恶性肿瘤，特称为癌（癌（cancercancer）或新生物（或新生物（neoplasmneoplasm）。）。l癌的主要特征：癌的主要特征：不受机体整体的制约，不受机体整体的制约，“为所欲为为所欲为”地快速增殖。地快速增殖。除了侵占正常细胞所占的空间外，还发生扩散和转除了侵占正常细胞所占的空间外，还发生扩散和转移，形成新的病灶。移，形成新的病灶。Benign tumors arise with great frequency but Benign tumors arise with great frequency but pose little risk because they are localized and pose little risk because they are localized and smallsmallMalignant tumors generally invade surrounding Malignant tumors generally invade surrounding tissue and spread throughout the bodytissue and spread throughout the bodyAlterations in cell-cell interactions and the formation of Alterations in cell-cell interactions and the formation of new blood vessels are associated with malignancynew blood vessels are associated with malignancy恶性肿瘤的转移恶性肿瘤的转移l对肿瘤发生的分子机制，最初人们认为是对肿瘤发生的分子机制，最初人们认为是病病毒瘤基因毒瘤基因所致；所致；l70年代中期，毕晓普和瓦慕斯发现动物正年代中期，毕晓普和瓦慕斯发现动物正常细胞中本来存在常细胞中本来存在癌基因（原癌基因）癌基因（原癌基因）；l正常情况下，瘤基因对细胞的生长、分化、正常情况下，瘤基因对细胞的生长、分化、调节和维护正常功能起重要作用；调节和维护正常功能起重要作用；l近来发现细胞中有抑制肿瘤发生的近来发现细胞中有抑制肿瘤发生的抑瘤基因抑瘤基因。19891989年诺贝尔生年诺贝尔生年诺贝尔生年诺贝尔生理学或医学奖理学或医学奖理学或医学奖理学或医学奖 分子肿瘤学认为恶性肿分子肿瘤学认为恶性肿分子肿瘤学认为恶性肿分子肿瘤学认为恶性肿瘤是一种涉及基因改变瘤是一种涉及基因改变瘤是一种涉及基因改变瘤是一种涉及基因改变的疾病的疾病的疾病的疾病For cancer:two classes of cellular genes are targets for For cancer:two classes of cellular genes are targets for mutationsmutations PROTO-ONCOGENESPROTO-ONCOGENES TUMOUR SUPRESSOR GENESTUMOUR SUPRESSOR GENESThe vast majority of these mutations are somaticBalance of Tissue Cell Number Oncogenes(癌基因癌基因)Normal genes(regulate Normal genes(regulate cell growth)cell growth)1st mutation1st mutation(leads to accelerated cell(leads to accelerated cell division)division)1 mutation sufficient for role in cancer development1 mutation sufficient for role in cancer development ExampleOncogenes derived from growth factor receptors confer the ability to bypass the growth factor requirementleading to independent growth.Tumour suppressor genesTumour suppressor genes（肿瘤抑制基因）（肿瘤抑制基因）（肿瘤抑制基因）（肿瘤抑制基因）Act as a brake for cell division“GUARDIAN OF THE GENOME”PROBLEM:Mutation in tumour suppressor genes=brakes dont work,or there is an accumulations of mutations(DNA repair enzymes)The mutated gene product is not functional=NULL ALLELEInactivated tumour suppressor gene肿瘤发生肿瘤发生Activated proto-oncogene癌基因(oncogeny，onc)是指能导致细胞恶性转化的核酸片段。主要包括病毒癌基因、细胞癌基因 以及与细胞生长因子及其受体、蛋白激酶、转录因子及其信息加工、传递等有关的基因。9.2 几个基本概念几个基本概念l l病毒癌基因（病毒癌基因（virus oncogenes,V-oncvirus oncogenes,V-onc）：存在于病毒基：存在于病毒基因组内的癌基因，病毒感染动物时，可诱导动物体内肿因组内的癌基因，病毒感染动物时，可诱导动物体内肿瘤形成。瘤形成。l lDNADNA病毒病毒l lRNARNA病毒（反转录病毒）病毒（反转录病毒）l细胞癌基因（cellular oncogenes,C-onc）：存在于动物细胞中的癌基因。正常情况下主要在胚胎期表达，在出生后的个体内不表达或限量表达，主要功能是促进细胞的正常增殖和分化，又称原癌基因，被致癌因素激活时，可诱导细胞癌变。抑癌基因（tumorsuppressor gene，TSG）又称抗癌基因（又称抗癌基因（anti-oncogeneanti-oncogene）、隐性癌基因）、隐性癌基因（recessive oncogenerecessive oncogene），是，是正常细胞中存在正常细胞中存在的的对对原癌基因表达功能进行调节的基因原癌基因表达功能进行调节的基因，可抑制细胞，可抑制细胞生长并能潜在抑制癌变。它的失活或突变具有促生长并能潜在抑制癌变。它的失活或突变具有促进肿瘤生长的潜势。进肿瘤生长的潜势。抑癌基因活性的下降抑癌基因活性的下降(功能缺功能缺失突变失突变)也可引起癌症的发生也可引起癌症的发生。含转录含转录启动子启动子LTR gagpol envsrcLTR长末端长末端重复序列重复序列癌基因癌基因正常的病毒基因正常的病毒基因产生病毒产生病毒表面糖蛋白表面糖蛋白产生逆转录产生逆转录酶和整合酶酶和整合酶产生病毒产生病毒 垮膜蛋白垮膜蛋白产生产生p60src蛋白质，蛋白质，磷酸化蛋白。靶蛋磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化白磷酸化Rous于于1910年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒斯肉瘤病毒RSV）1966 1966 诺贝尔奖诺贝尔奖诺贝尔奖诺贝尔奖9.3 癌基因致癌的分子机制癌基因致癌的分子机制病毒癌基因病毒癌基因纵向传播：原病毒随细胞分裂传递纵向传播：原病毒随细胞分裂传递纵向传播：原病毒随细胞分裂传递纵向传播：原病毒随细胞分裂传递横向传播：原病毒转录表达（参与癌症的发生）横向传播：原病毒转录表达（参与癌症的发生）横向传播：原病毒转录表达（参与癌症的发生）横向传播：原病毒转录表达（参与癌症的发生）原癌基因致癌的分子机制原癌基因致癌的分子机制 有时原癌基因中一有时原癌基因中一个核苷酸的突变会个核苷酸的突变会使基因表达异常的使基因表达异常的蛋白产物，从而使蛋白产物，从而使细胞向恶性转化。细胞向恶性转化。例如：膀胱癌例如：膀胱癌EJEJ株株C-Ha-rasC-Ha-ras基因外显基因外显子子1212密码子的突变密码子的突变基因点突变基因点突变基因扩增基因扩增蛋白质结构未变化，但总量大大提高蛋白质结构未变化，但总量大大提高基因扩增基因扩增 原癌基因原癌基因基因在细胞中拷贝数增加，从而使可用的转录模板数大大增加。基因在细胞中拷贝数增加，从而使可用的转录模板数大大增加。染色体易位或重排染色体易位或重排慢性粒细胞白血症慢性粒细胞白血症(Chronic myeloid leukaemia，CML)is characterised bythe t(9;22)(q34;q11)reciprocal translocation病毒病毒启动子启动子插入插入基因间相互作用基因间相互作用肿瘤细胞中常常不是由一种肿瘤细胞中常常不是由一种C-onc表达异常，有时需几种表达异常，有时需几种C-onc发发生改变，产生协同作用方可奏效生改变，产生协同作用方可奏效 正常细胞的基因，具有相对稳定的甲基化类型，特别是原癌基正常细胞的基因，具有相对稳定的甲基化类型，特别是原癌基因的甲基化可使其难以表达。因的甲基化可使其难以表达。原癌基因甲基化水平降低原癌基因甲基化水平降低Examples of Oncogenes RASRAS-activated in many cancers(colon)-activated in many cancers(colon)c-MYCc-MYC over-expressed in colon cancer over-expressed in colon cancer(amplified in lung,rearranged in lymphoma)(amplified in lung,rearranged in lymphoma)RETRET-MEN 2a-MEN 2a METMET-hereditary papillary renal cancer-hereditary papillary renal cancer CDK4CDK4-familial melanoma-familial melanoma BCR/ABLBCR/ABL-chronic myelogenic leukaemia-chronic myelogenic leukaemia BCL2 BCL2-follicular lymphoma follicular lymphoma9.4 抑癌基因的作用及其致癌机抑癌基因的作用及其致癌机制制抑癌基因在染色体中起稳定性作用；参与细胞分化以控制肿瘤形成，细胞的终末 分化可抑制细胞分裂；参与衰老过程，诱导细胞程序性死亡；通过调控细胞周期，调节细胞增殖。正常情况下抑癌基因的作用：正常情况下抑癌基因的作用：抑癌作用通过抑瘤基因表达抑癌作用通过抑瘤基因表达抑癌作用通过抑瘤基因表达抑癌作用通过抑瘤基因表达“抑癌蛋白抑癌蛋白抑癌蛋白抑癌蛋白”实现实现实现实现抑癌基因改变的分子基础抑癌基因改变的分子基础错配修复基因缺陷错配修复基因缺陷 守门基因和看护基因的突变失活守门基因和看护基因的突变失活 守门基因守门基因（gatekeeper gene）是指在细胞恶性转化过程中与癌基因启是指在细胞恶性转化过程中与癌基因启动相关的基因。动相关的基因。看护基因看护基因（caretaker，gene）是指保持细胞基因组稳定性，而与细胞是指保持细胞基因组稳定性，而与细胞恶性转化过程中癌基因的启动不直接相关的基因。恶性转化过程中癌基因的启动不直接相关的基因。Genetic Control of Neoplastic Initiation and PromotionGatekeeper genesCaretaker genesExamples of tumour suppressor genes includeRB1-retinoblastoma susceptibility gene WT1-Wilms tumour gene NF1-neurofibromatosis type 1 gene NF2-neurofibromatosis type 2 gene DCC-involved in colorectal cancer BRCA1,BRCA2-involved in breast cancerToday we will look at these tumour suppressor genes:Rb(视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤)p53APC(腺瘤样结肠息肉腺瘤样结肠息肉)Knudsons“Two-Hit”Model Knudsons“Two-Hit”Model for Retinoblastomafor RetinoblastomaNormal Normal 2 intact copies2 intact copiesPredisposed Predisposed 1 intact copy1 intact copy1 mutation1 mutationAffected Affected Loss of both Loss of both copiescopiesp53 functions as a molecular node in the DNA-damage response小小 结结l正常细胞的生长与增殖是由两大类基因调控的正常细胞的生长与增殖是由两大类基因调控的正向调控信号：正向调控信号：主要是起促进细胞生长和增殖，并且阻止其主要是起促进细胞生长和增殖，并且阻止其发生终末化倾向，癌基因起着这方面的作用。发生终末化倾向，癌基因起着这方面的作用。负向调控信号：负向调控信号：主要使细胞成熟，促进终末分化，最后是细主要使细胞成熟，促进终末分化，最后是细胞调亡，抑癌基因则在这方面起作用。胞调亡，抑癌基因则在这方面起作用。u正常情况下这两类信号保持着动态平衡，十分精确正常情况下这两类信号保持着动态平衡，十分精确地调控细胞增殖和成熟。一旦这两类信号中有一类地调控细胞增殖和成熟。一旦这两类信号中有一类信号过强或过弱均会使细胞生长失控而恶变。信号过强或过弱均会使细胞生长失控而恶变。恶性肿瘤细胞在生物学研究中的应用恶性肿瘤细胞在生物学研究中的应用无限制增长特性无限制增长特性细胞分化幼稚细胞分化幼稚细胞寿命长细胞寿命长细胞的侵润性细胞的侵润性致瘤性致瘤性细胞的遗传性细胞的遗传性NormalNormalTumourTumourClonal selection of cancer cellsVariants over time经典的抗原递呈理论认为：外源性抗原经外源性抗原经APCAPC摄取后，在溶酶体中降解为短摄取后，在溶酶体中降解为短肽，由肽，由MHCMHC类分子提呈给类分子提呈给CD4+TCD4+T细胞；细胞；内源性抗原在胞质溶胶中降解后，与内源性抗原在胞质溶胶中降解后，与MHCMHC类分类分子结合，提呈给子结合，提呈给CD8+TCD8+T细胞，激活细胞毒性细胞，激活细胞毒性T T淋淋巴细胞巴细胞(CTL)(CTL)杀伤病毒感染细胞或肿瘤细胞。杀伤病毒感染细胞或肿瘤细胞。然而，通常情况下病毒感染或发生异常突变的细胞主要为实质细胞，它们大多不能迁移到淋巴器官与T细胞相互接触，同时也缺乏T细胞活化所必须的共刺激信号，故不能活化初始型CD8+T细胞。外外/内源性抗原示意图内源性抗原示意图 19761976年，年，BevanBevan首先发现交叉递呈首先发现交叉递呈(cross-(cross-presentation)presentation)的现象，随后，的现象，随后，SigalSigal等也揭示外源性等也揭示外源性抗原能有效被抗原能有效被APCAPC的的MHCMHC类分子递呈。借助交叉类分子递呈。借助交叉递呈机制，递呈机制，APCAPC可以主动摄取病毒蛋白或肿瘤抗原可以主动摄取病毒蛋白或肿瘤抗原，并通过，并通过MHCMHC类分子将抗原呈递给类分子将抗原呈递给CD8+TCD8+T细胞，细胞，从而产生有效的从而产生有效的CTLCTL应答，达到清除靶细胞的目的。应答，达到清除靶细胞的目的。近年来更多研究表明，凋亡或坏死的细胞、热休近年来更多研究表明，凋亡或坏死的细胞、热休克蛋白、病毒蛋白、颗粒性抗原，甚至可溶性抗克蛋白、病毒蛋白、颗粒性抗原，甚至可溶性抗原等都可以通过交叉递呈途径活化原等都可以通过交叉递呈途径活化CTLCTL应答。应答。交叉递呈在机体抗病毒及其它病原体感染和肿瘤交叉递呈在机体抗病毒及其它病原体感染和肿瘤免疫等方面起着非常重要的作用。免疫等方面起着非常重要的作用。树突状细胞树突状细胞(DC)(DC)、巨噬细胞等专职、巨噬细胞等专职APCAPC都具有交叉都具有交叉活化活化CD8+TCD8+T细胞的能力，而细胞的能力，而DCDC是体内最有效的专职是体内最有效的专职APCAPC，抗原摄取能力强且能活化初始型，抗原摄取能力强且能活化初始型T T细胞，是执细胞，是执行交叉递呈功能的主要细胞。行交叉递呈功能的主要细胞。DCDC需要经历由不成熟向成熟阶段的转变才能有效刺需要经历由不成熟向成熟阶段的转变才能有效刺激激T T细胞活化。不成熟细胞活化。不成熟DCDC捕获抗原后，在炎性因子捕获抗原后，在炎性因子的刺激下分化为成熟的刺激下分化为成熟DCDC，细胞的抗原摄取能力下降，细胞的抗原摄取能力下降，而抗原递呈及刺激而抗原递呈及刺激T T细胞活化的能力增强。细胞活化的能力增强。此过程同时伴随细胞表面此过程同时伴随细胞表面MHCMHC类分子、类分子、类分子、类分子、共刺激分子共刺激分子CD80CD80、CD86CD86以及以及T T细胞黏附分子细胞黏附分子CD48CD48、CD58CD58等的上调表达。等的上调表达。此外，此外，DCDC还通过延伸其树突状突起，增加与还通过延伸其树突状突起，增加与T T细胞细胞相互作用的机会。相互作用的机会。流式细胞术、激光共聚焦等新技术的应用为研究抗原交叉递呈的分子机制提供了保障；近年研究发现并非所有的DC亚型都能参与交叉递呈，只有表达CD24,CD8和CD103 分子的DC才参与细胞交叉递呈；TLR具有激活DCs，增强其抗原交叉递呈的能力。The molecular mechanisms involved in classical cross-priming are illustrated.Dendritic cells(DCs)take up antigen by distinct endocytosis mechanisms and present it to CD4+T helper(TH)cells through MHC class II molecules and cross-present it to CD8+cytotoxic T lymphocytes(CTLs)through MHC class I molecules.Activated CD4+TH cells can stimulate CTLs through the production of interleukin-2(IL-2)and license DCs for cross-priming through CD40 ligand(CD40L)CD40 interactions.Licensed DCs upregulate expression of co-stimulatory molecules,such as CD70,CD80 and CD86,and downregulate inhibitory molecules,such as programmed cell death ligand(PDL1).Toll-like receptor(TLR)ligands further activate DCs and increase their cross-presentation activity.Cross-primed CTLs are programmed for survival and cease TNF-related apoptosis-inducing ligand(TRAIL)production.Helpless CTLs activated by unlicensed DCs die following secondary encounter with antigen in their effector phaseChemokine-mediated regulation of cross-priming is illustrated.CD4+TH cells,and the DCs they license,produce CC-chemokine ligand 3(CCL3),CCL4 and CCL5 in the presence of TLR ligands,which recruit naive CTLs for classical cross-priming.Alternatively,DCs licensed by natural killer T(NKT)cells produce the CC-chemokine receptor(CCR4)ligand CCL17,and NKT cells themselves produce the CCR4 ligand CCL22,which recruit naive CCR4+CTLs for cross-priming.The CCR4-and CCR5-mediated recruitment pathways are synergistic.In this figure,dashed arrows indicate antigen routing for crosspresentation.-GalCer,-galactosylceramide;TCR,T cell receptor.Recruitment of cross-primed effector cytotoxic T lymphocytes into non-lymphoid tissues.Viral infection of tissue cells leads to their secretion of pro-inflammatory cytokines and interferons that upregulate the expression of adhesion molecules,such as intercellular adhesion molecule 1(ICAM1),by endothelial cells.Effector cytotoxic T lymphocytes(CTLs)attach to these molecules and are nonspecifically recruited from the bloodstream into non-lymphoid tissues.In addition,recent studies have revealed two antigen-specific recruitment mechanisms:first,endothelial cells in certain tissues,such as the liver,pancreatic islets or the brain,can cross-present microbial antigen,which allows them to selectively recruit antigen-specific CTLs.Second,when specific CD4+T helper(TH)cells detect microbial(or self)antigen on non-cross-presenting tissue DCs,ligands for CC-chemokine receptor 5(CCR5)or CXC-chemokine receptor 3(CXCR3)are produced that recruit CTLs into the infected tissue.LFA1,lymphocyte function-associated antigen 1;TCR,T cell receptor.Growth factors(I)Growth factor receptors(II)Signal-transduction proteins(III)Transcription factors(IV)Pro-or anti-apoptotic proteins(V)Cell cycle control proteins(VI)DNA repair proteins(VII).Mutations in I-IV generally give rise to oncogenes.Class VI proteins act as tumour suppressors;mutations in these act recessively to release cells from control and surveillance,increasing the probability of cancer developing.7 proteins controlling cell growth