第20章-生长因子、癌基因与抑癌基因.ppt

概 述,基因的研究简史,基因的现代分子生物学概念,核酸是遗传信息的载体,*,主要内容,概 述,第一节,细胞增殖的分子基础,第二节,细胞分化的分子机制,第三节,肿瘤细胞增殖机制,学习指导,重点：,1.细胞增殖与细胞周期；,2.生长因子；,3.细胞分化。,4.癌基因及其功能；,5.抑癌基因及其功能。,难点：,1.细胞周期的调控。,2.癌基因与抑癌基因在肿瘤发生中的作用。,进展：,1.生长因子的临床应用。,2.肿瘤分子生物学。,概 述,细胞的增殖,(proliferation),与分化,(differentiation)是生物胚胎发育、生物个体生长以及生命活动的维持过程中的两个重要事件。,从一个简单的受精卵到一个独特的，具有不同于其他个体的表型和基因型、能够完成复杂的生命活动的生物体，是一个非常奇妙的过程。,细胞增殖,(cell proliferation)是由于,细胞生长,(cell growth)和,细胞分裂,(cell division)而导致的细胞数目的增加，是个体生长发育的重要过程之一，也是一种重要的生命现象。,这种现象不仅存在于胚胎时期，而且在出生后仍然存在；它不仅在正常的生理条件下发生，而且也和某些疾病密切相关。,细胞增殖主要受到,生长因子,的调控，涉及很多基因的表达变化和细胞信号传导途径的介入。任何一个环节失调都有可能导致疾病的发生。,一、细胞增殖是生长的主要因素之一,生物体的生长包括三个方面的含义：,细胞数目增多(cell proliferation),细胞体积增大(cell enlargement),细胞外基质的合成(cell accretion),生物体生长的三种方式,二、细胞周期是细胞分裂过程中的有序事件,真核细胞的分裂经历一系列具有固定发生顺序的事件，这一过程称为,细胞周期,(cell cycle)。,细胞周期的时相,间期,(interphase),分裂期,(metaphase,M,期,),G1,期,(,合成前期,),S,期,(DNA,合成期,),G2,期,(,合成后期,),多数哺乳动物细胞的细胞周期在1030小时之间。迅速分裂的,人源细胞,经过整个细胞周期需要24小时，而迅速生长的酵母细胞只需90分钟就可以完成整个细胞周期。,多细胞生物体中一些细胞可暂时离开细胞周期，从G2期进入静止期，即G0期。G0期的细胞处于静止状态，不分裂，也不生长。G0期持续的时间可以是几天、几周，甚至几年，但这些细胞可以在某些生长因子的作用下被重新诱导进入G1期。,三、细胞周期蛋白调节细胞周期中不同时相的正确转换,（一）细胞周期蛋白在模式生物早期胚胎发育的研究中被发现,细胞周期蛋白,(cyclin)是一类随着细胞周期不同时相的转换，其浓度也随之发生变化的蛋白质，这些蛋白质通过与,相应的蛋白激酶,的结合对细胞周期进行调控。,在20世纪80年代初期，T.Hunt 等在以海胆为模式生物进行早期胚胎发育的研究中发现，细胞内有一种蛋白的含量随着细胞周期的变化而发生改变。,现已发现细胞周期蛋白是一个,大家族,，包含有十几个成员。,不同种属的细胞周期蛋白具有,高度的保守性,。,蛋白激酶,（异二聚体）,调节亚单位（细胞周期蛋白，,cyclins,）,催化亚单位（细胞周期蛋白依赖性激酶，,cyclin dependent kinase,，,CDK,）,（二）细胞周期蛋白依赖性激酶调节细 胞周期蛋白的活性,20世纪80年代初，L.Hartwell等利用遗传学的方法在研究啤酒酵母时，发现了一群基因与细胞周期的调控相关，称为细胞分裂周期基因(cell division cycle genes,CDC genes)，其中的,Cdc,28又被称为“start”。,80年代中期，P.Nurse等发现了,Cdc,2基因，,Cdc,2基因不但控制G2期向M的转换，而且与start基因一样也控制着G1期向S期的转换。后来,Cdc,2基因被命名为,Cdk,1,。,现在已发现十余种人的CDK分子。T.Hunt,L.Hartwell 和 P.Nurse 等三人由于在细胞周期研究中的贡献，于2001年获得了诺贝尔生理学或医学奖。,CDKs单独存在时并不表现其激酶活性。当细胞周期蛋白与其结合时才被激活。这些,蛋白复合物,控制了细胞周期中不同时相的转换，以及在各个时相中的一些重要事件的发生，,例如：在S期中DNA的合成和M期中有丝分裂的进行。,细胞周期蛋白,激 酶,功 能,值得注意的是，有一些CDKs不仅仅与一种细胞周期蛋白结合；一些细胞周期蛋白也可以与一种以上的CDK结合。,此外，,CDK-细胞周期蛋白复合体,的生物学功能并不仅仅局限于细胞周期的调节。,CDK5在有丝分裂期后的神经元中高度表达。而CDK8和CDK9似乎主要在转录调节方面起作用。还有CDK2和CDK5也在细胞凋亡中起作用。,(三)细胞周期蛋白的泛素化降解保证周期进程,细胞周期蛋白的含量在有丝分裂晚期急剧下降，说明细胞内存在着降解这些蛋白分子的机制。,目前已知，细胞周期蛋白合成后，在其N末端可以发生多泛素化即共价结合多个泛素。,泛素是由76个氨基酸组成的蛋白分子，一些蛋白的多泛素化可导致其在细胞的蛋白酶体内迅速降解。,四、不同时相转换的关卡是细胞周期调控的关键环节,在整个细胞周期中有,三个关键的转折点或关卡,(checkpoint)：,G1,-,S期转折点，在酵母中称为起点(start)，在哺乳动物中称为限制点(restriction point)；,G2,-,M期转折点，决定有丝分裂的开始；,M后期,-,胞质分裂完成细胞分裂。,这些过程都是不可逆的，因此也就决定了细胞周期进程的,单向性,。,(一)G1到S期的转折意味着细胞进入DNA合成期,细胞周期中由G1向S期的转折,至关重要,。,细胞周期一旦通过起点或限制点，就意味着从静止状态进入了DNA合成期。,(二)G2到M期的转折使细胞进入有丝分裂期,DNA合成完成后，细胞通过G2期进入有丝分裂期。,有丝分裂期的,CDK复合体,是在S期和G2期形成的，但在DNA合成完成之前，此复合体处于无活性状态。,细胞周期关卡及其调控,注 释,MPF(mitosis-promoting factor),促有丝分裂因子,(=CDK1-cyclin B复合物),APC(anaphase promoting complex),分裂后期促进复合体,(三)细胞周期蛋白激酶抑制因子在细胞周期调控中发挥重要作用,在20世纪90年代初，科学家们分别发现了细胞周期的重要调节因子,细胞周期蛋白激酶抑制因子,，又称为CDK抑制蛋白(cyclin kinase inhibitor，CKI，or CDK inhibitory protein，CIP)。,根据这些因子与CDK相互作用的特异性和序列同源性，可以分为,两大家族,。一类是INK4(inhibitors of kinase 4，激酶4抑制因子)家族，另一类是CIPKIP家族。,近年来，一种,新的CKI,引起了人们的注意，这就是14-3-3,。14-3-3,是14-3-3家族成员之一，是人类乳腺上皮细胞的特异性标记，参与DNA损伤后细胞周期G2期的调控。,14-3-3,INK4,家族，包括,p15-19,等,CIP/KIP家族,包括,p21,p27,p57,等,五、生长因子具有调节细胞生长与分化的作用,生长因子,(growth factors)是一类由细胞分泌的、类似于激素的信号分子，多数为肽类（含蛋白类）物质，具有调节细胞生长与分化的作用。,生长因子的作用机制相当复杂，与细胞生长、分化、免疫、肿瘤、创伤愈合等多种生理及病理状态有关，因而受到科学家们极大的重视。,目前已发现的肽类生长因子有数十种，而且还在不断增加。对大部分生长因子的结构与功能了解得相当清楚。,生长因子的生物学效应,：,大多数生长因子具有促进靶细胞生长、分化，促进个体发育的功能；少数生长因子具有负调节作用或双重调节作用。,(一)神经生长因子是最早被发现的生长因子,生长因子,主要,通过旁分泌形式作用于邻近细胞，通过自分泌作用于自身。甚至不分泌到细胞外，即可作用于自身。,生长因子可来源于多种不同组织，其靶细胞亦各不相同。有的生长因子作用的细胞比较单一，也有的生长因子作用的细胞谱型比较广。,(二)生长因子主要通过旁分泌或自分泌形式发挥作用,名 称,细胞来源,主要靶细胞,取决于细胞内信号系统,(三)生长因子通过受体发挥作用,生长因子的受体多位于靶细胞膜，为一类跨膜蛋白，多数具有蛋白激酶、特别是,酪氨酸蛋白激酶,的功能，也有少数为丝氨酸苏氨酸蛋白激酶受体。,最近发现细胞核也存在EGF等生长因子的受体样蛋白。有些生长因子受体(如EGF受体)与原癌基因产物有,高度同源性,。,对生长因子,受体的研究,不仅有助于了解细胞的增殖分化，而且对了解肿瘤的发生、发展及治疗也具有重要意义。,生长因子受体,(1)酪氨酸蛋白激酶受体,EGF受体、FGF受体、PDGF受体、,HGF 受体(Met)、VEGF、胰岛素受体等,(2)丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体,TGFI型受体和II型受体、骨形成蛋白受体,(3)与酪氨酸蛋白激酶(JAK)偶联的受体,多种白细胞介素,注 释,EGF表皮生长因子,FGF成纤维细胞生长因子,PDGF血小板衍生生长因子,HGF肝细胞生长因子,VEGF血管内皮生长因子,IGF胰岛素样生长因子,TGF转化生长因子,(四)生长因子在医学实践中发挥了重要作用,经过多年研究，人们对已知生长因子的基因结构及其基因产物已经有了明确的了解。,伴随着DNA重组技术的完善和广泛应用，以工业化规模生产原本昂贵的肽类生长因子已成为现实。,不少生长因子已经应用于临床治疗，其应用前景引起广大科研和医务工作者的高度重视。,生长因子在疾病治疗中的应用,NGF,EGF,PDGF,TGF,bFGF,等,VEGF,HGF,NGF,IGF2,第二节 细胞分化的分子机制,一、,细胞分化是一渐进过程并受到一系列细胞信号分子的调控,二、,胚胎干细胞分化具有全能性,三、,成体细胞的横向分化,四、,再生医学是21世纪医学研究的热点,在胚胎发育过程中，一个受精卵经历多次细胞分裂不仅导致细胞数量增加，同时也诱发了各种类型细胞的出现。,细胞分化,(cell differentiation)便是指胚胎细胞获得不同形态、结构和功能特征的过程。,人的受精卵细胞同样如此，通过限制、定向与分化等各种事件，最后产生构成人体各种组织、器官的200多种不同类型的细胞。,细胞分化过程中的,核心,是基因的选择性表达，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生分化细胞所特有的蛋白质。,一、细胞分化是一渐进过程并受到一系列细胞信号分子的调控,细胞分化受到一系列的信号分子调控。这些信号分子通过不同的途径决定了细胞特异性的基因表达方式。,细胞分化,基因的表达调控,可以发生在转录、翻译以及翻译后蛋白质修饰等不同环节，其中，发生在,转录水平,的调节是,最重要,的。,在通常情况下，多数与分化发育相关的基因处于抑制状态，需要在特定的发育阶段激活。基因调节蛋白或转录因子便充当了这种激活物。,转录调节的一个,重要特点,是不同调节蛋白或转录因子之间以及它们与其他蛋白或某些小分子之间的相互作用。,(一)细胞分化贯穿于生命的全过程并伴随着特异性基因的阶段性表达,细胞分化通常是一个渐进的过程，不仅发生在胚胎时期，而且贯穿于生命的全过程。,对大多数细胞来说，当其发育过程通过某一或某些关键时刻或阶段时，这个细胞的发育选择就被限定了。,已经被定向的细胞最终转变为成熟细胞仍需要经历一定的发育阶段。但是，通常情况下它不能从一种细胞发育轨道跳跃至另一细胞发育轨道，例如已被定向决定了的骨骼肌细胞一般不会转化为神经细胞。,分化,(differentiation)：,细胞经过定向再转化为结构与功能上特异的细胞的过程。,伴随细胞分化过程的是,特异性基因的阶段性表达,：,特异性基因的阶段性表达受到这些基因在染色体上排列位置的影响。改变它们在染色体上的排列顺序，就可以丧失其发育阶段性特征。,特异性基因的阶段性表达还受到组合调控(combinational control)的影响，即多个基因表达调节蛋白共同协调的对某一特定基因进行调控，以及多种细胞信号分子的网络式调节。,(二)细胞信号分子在细胞分化过程中形成网络式调节,细胞分化是一个非常复杂的过程，需要多种细胞信号分子的精细协调，涉及极其复杂的信号转导过程，而且不同信号通路之间又互相互作用。,细胞外信号网络,：细胞所处微环境中的各种细胞生长因子及邻近细胞表面分子。,细胞内信号网络,：细胞接受细胞外信号的受体及信号转导分子,二、胚胎干细胞分化具有全能性,（一）胚胎干细胞具有分化为体内大多数细胞 类型的能力,受精卵能够分化形成生物个体内全部的不同类型细胞的能力称为,全能性,(totipotency)。,胚胎干细胞,(embryonic stem cell)是最早期的未分化细胞，从理论上讲，它具有“全能性”。,当受精卯分裂发育成囊胚时，将内细胞团分离出来进行培养，在一定条件下，这些细胞既可在体外“无限期”地增殖传代，同时还保持其全能性。,干细胞可以分化为三个胚层的不同细胞。,人的胚胎干细胞的体外培养直到1998年才获得成功。然而，从胚胎干细胞向不同组织细胞“定向分化”的条件至今还不清楚，胚胎干细胞分化发育的调控机制一直是干细胞研究领域的主要课题之一。,细胞发育分化的,多能性,(pluripotency),可定义为细胞分化为体内大多数细胞类型的能力,。,有的科学家认为，即便是来源于内细胞团的胚胎干细胞，也已经在某种程度上具有了一定的定向。这些细胞所具有的多能性，也足以使它们能够作为体外研究哺乳类动物发育的模型。,细胞的增殖与分化是矛盾的两个方面。处于未分化状态的细胞可以有很强的增殖能力，一旦分化为成熟细胞通常就失去了增殖能力。干细胞也是如此。,在长期体外培养中如何保持胚胎干细胞处于未分化状态，并进行不断地自我增殖是一个关键的问题。,(二)维持胚胎干细胞全能性的机制非常复杂,胚胎干细胞可以进行不对称分裂(asymmetric division)和对称分裂(symmetric division)。,不对称分裂,是指细胞在分裂过程中，子细胞有差异的继承亲代细胞的物质和特征，一个细胞保持亲代细胞的特征，而另外一个细胞则被定向分化。,对称分裂,是指子细胞平等的继承亲代细胞的物质和特征，在条件合适的情况下进行快速的无限扩增。,全能性及多能性的维持,三、成体细胞的横向分化,横向分化,又称为,转分化,(transdifferentiation)：,通常是指一种已经分化的细胞类型不可逆地转化为另外一种正常分化的细胞类型。,转分化前后的细胞在形态上和分子水平上都有明确的特征以示区别。在一些情况下，转分化伴有细胞分裂，而在另外一些情况下，不伴有细胞分裂。,转分化不可避免地伴有不同基因的关闭或启动，也就是基因组活动的重新编程(reprogramming)。,成体干细胞,(adult stem cell)是指存在于已经分化的组织中但自身尚未完全分化，且具有自我更新、在特定条件下能够进一步分化的细胞。,人体几乎所有组织都存在成体干细胞。成体干细胞已经有相当程度的分化，如果不受外加条件的影响，一种组织的成体干细胞倾向于分化成该组织的各种细胞，比如造血干细胞在体内自动分化成各种血细胞。,近几年的研究结果证实：在特定的条件下，一种组织的成体干细胞可以转分化成其他组织的功能细胞。例如造血干细胞可以分化成神经细胞和肝细胞；间充质干细胞可以分化成神经、肌、软骨和骨等多种细胞；脂肪组织的干细胞，在一定条件下可以分化成神经细胞。,转分化现象的发现促使人们重新认识细胞发育分化的机制，也使得利用病人自身健康组织的干细胞来修复病损组织成为可能。,细胞的,终末分化状态,往往被认为是固定的。而细胞的这种特定状态是由一些转录因子的共同作用决定的。,某些,主控制基因,可以决定细胞的分化或未分化状态，而它们的作用在一定程度上还要依赖于其他转录因子的活性。,四、再生医学是21世纪医学研究的热点,组织再生,是生物界普遍存在的现象。不同种属动物的再生,潜能,差异很大，与无脊椎动物相比，脊椎动物特别是高等哺乳动物的再生能力非常有限。,此外，同一种属动物不同组织的再生能力也同样具有相当大的差异。例如，人的上皮组织、骨组织和肝组织等具有较强的再生能力；而神经组织、心肌组织等则一直被认为是不能再生的组织。,具有多种分化潜能的干细胞便引起人们广泛的关注。人们期待着利用干细胞的这种特性进行组织再生，实现对机体组织损伤的修复，,再生医学,(regenerative medicine)应运而生。,再生医学,是一门通过研究机体正常组织特征与功能、损伤修复与再生机制，进而寻找有效的生物治疗方法，促进机体自我修复与再生，或构建新的组织与器官，以改善或恢复损伤组织和器官之功能的科学。,再生医学是一门新兴的多学科,交叉学科,，涉及医学与生命科学、材料科学、力学、数学、计算机科学和工程学等不同学科。,利用这些学科的原理与方法，人们已经研发出各种产品，用于修复、改善或替代人体组织器官的产品，并应用于临床治疗某些因疾病、创伤所造成的组织器官缺损或功能障碍，并显示出,良好的发展前景,。,第三节 肿瘤细胞增殖机制,正常细胞的增殖受到细胞内外多种信号分子的调控。,一类属正调控信号分子，促进细胞的生长与增殖，并阻碍细胞的终末分化；,另一类属负调控信号分子，抑制细胞增殖，促进细胞分化、衰老或凋亡。,这些信号分子的,调控失衡,将引起异常的增殖和持续的分裂。,肿瘤,是人类主要致死疾病。,目前认为，肿瘤的发生发展是一些编码细胞增殖、分化、凋亡调控信号以及DNA损伤修复蛋白的,基因发生改变,，导致细胞增殖调控失衡的结果。,这些基因的改变有的来自于遗传，有的是基因与环境相互作用所致。,其编码产物能够促进肿瘤发生与发展的基因被称为,癌基因,(oncogene)；,其编码产物能够抑制肿瘤发生与发展的基因被称为,抑癌基因,(tumor suppressor gene)。,肿瘤细胞增生的,核心问题,是基因突变。,在基因水平上促使细胞增生及凋亡失去平衡，,导致细胞恶性变的原因,有：,控制细胞增殖的原癌基因活化或抑癌基因失活；,促细胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因功能增强；,DNA修复基因失活，使突变在细胞内积累，并且累及到调节细胞增生及细胞凋亡的基因。,这些基因中某一基因的单一突变所致肿瘤发生的几率较小，数种相关基突变的,积累,最终将导致肿瘤发生、发展与转移。,肿瘤：,一、癌基因,癌基因,(oncogene),是指细胞内或病毒内存在的、编码产物能促使正常细胞恶性转化(transformation)，即发生恶性变的基因。,存在于反转录病毒中的称为,病毒癌基因,(virus oncogene,v-onc)；,存在于细胞中的称,细胞癌基因,(cellular oncogene,c-onc)或,原癌基因,(proto-oncogene)。,(一)病毒癌基因,病毒癌基因,(virus oncogene,v-onc)：,由病毒携带并传播的，可以引起宿主正常细胞发生恶性转化的基因。,癌基因最早发现于反转录病毒中。,1911年，美国洛克菲勒研究所的F.Rous医生将鸡肉瘤组织匀浆后的无细胞滤液皮下注射于健康鸡，发现可以引起肉瘤。,20世纪50年代确定了引起该种肉瘤的是一种病毒，命名为罗氏肉瘤病毒(Rous Sarcoma Virus，RSV)。,从鸡肉瘤中分离得到的RSV,在体外,能使鸡胚成纤维细胞转化，,在体内,能使鸡患肉瘤。,1975年，M.Bishop等比较了具备转化和不具备转化特性的RSV的基因组，发现野生型RSV中存在着一个与病毒生活史无关，但是能够转化鸡胚成纤维细胞，并使鸡患肉瘤的,基因,SRC,。,以后又在其他反转录病毒中陆续发现了一些具有在体外转化细胞，在体内使宿主患肿瘤的基因，将这一类基因称为,病毒癌基因,，目前已发现的反转录病毒中的癌基因有30多种。,(二)细胞癌基因,细胞癌基因,(cellular oncogene,c-onc)：,正常的宿主细胞中与病毒癌基因同源的基因，又称为,原癌基因,(proto-oncogene)。,缺失了癌基因的反转录病毒仍然能够正常地完成其生命周期，说明癌基因并不是它固有的必需基因。,病毒中的癌基因从何而来?,考虑到反转录病毒的生活史中的病毒基因组,整合,在宿主细胞基因组中的环节，人们推测病毒中的癌基因可能起源于宿主细胞。,用核酸分子杂交的方法果然在正常的宿主细胞中找到了与病毒中的癌基因的同源基因，称为,原癌基因,或,细胞癌基因,。,它们是病毒癌基因的源头。如猴肉瘤病毒中癌基因用,v-SIS,(simian sarcoma)表示，相应的细胞癌基因是,c-SIS,表示。,(三)病毒癌基因与细胞癌基因的关系,目前认为，病毒癌基因可能来源于宿主细胞癌基因，是前病毒整合在宿主细胞基因组后获得的。,细胞癌基因是断裂基因，有内含子，而相应的病毒癌基因均无内含子。,推测其原因，是由于整合在宿主细胞基因组中的前病毒获得细胞癌基因后，在基因表达的RNA水平经过RNA转录后加工将内含子切除，因此包装在病毒颗粒中的病毒RNA基因组的病毒癌基因不再含有内含子。,可以说，病毒癌基因原本不是病毒的基因，而是动物细胞正常基因组中的一个复本。当病毒在宿主细胞内复制时，由于DNA重组而将宿主细胞基因组中,相当于病毒癌基因的序列,重组到病毒的基因组内。,所以说细胞癌基因是病毒癌基因的原型，又称为原癌基因。病毒癌基因对病毒本身无关紧要，却可使宿主细胞转化，引起肿瘤。,除此之外，病毒癌基因与相应的细胞癌基因比较，还存在着编码序列的,点突变,或,缺失突变,，因此表达的蛋白质功能有差别。,病毒癌基因表达的蛋白质往往有较强的细胞转化活性。,细胞癌基因,病毒癌基因,(四)癌基因的功能,迄今发现的细胞癌基因都是一些具有重要功能的“,看家基因,”，在进化过程中高度保守。,细胞癌基因编码产物的生理功能是调节细胞的生长和分化。,生理条件下，细胞癌基因表达产物的活性和含量受到内外环境各种生长信号的严格控制，并不会导致细胞异常增殖。,只有在突变后导致活性或含量过高时才会导致肿瘤发生，即发生癌基因的激活。,细胞癌基因,按照结构特点有,SRC,、,RAS,、,SIS,、,MYC,、,MYB,、,FOS,、,ERBA,等基因家族，其,表达产物,属于各种生长因子及其受体、Cyclin 及 CDK（蛋白激酶）、低分子量G蛋白（信号转导分子）、转录因子等。,(五)细胞癌基因活化的分子机制,细胞癌基因在物理、化学及生物因素的作用下发生突变，表达产物的质和量的变化，表达方式在时间及空间上的改变，都有可能使细胞转化。,从正常的原癌基因转变为具有使细胞转化功能的癌基因的过程称为,原癌基因的活化,，是功能获得的过程(gain of function)。,细胞癌基因活化的,主要机制,：,基因自身突变（点突变）,基因扩增,DNA重排,染色体易位,病毒基因启动子及增强子的插入,不同的癌基因有不同的激活方式，一种癌基因也可有几种激活方式。例如,c,-,MYC,的激活就有基因扩增和基因重排两种方式，很少见到,c,-,MYC,的突变；而,c,-,RAS,的激活方式则主要是突变。,上述各种细胞癌基因活化机制并未表明哪一种活化机制是使细胞转化的足够条件。,事实上在肿瘤细胞中常发现两种或多种细胞癌基因的活化。,两种或更多的细胞癌基因活化可有,协同作用,，细胞癌基因的活化与抑癌基因的失活也产生,协同作用,。,二、抑癌基因,抑癌基因,(tumor suppressor gene)：,是一类可抑制细胞生长并有潜在抑癌作用的基因，当其受阻抑、失活、丢失、或其表达产物丧失功能可导致细胞恶性转化；反之，若导入或激活它则可抑制细胞的恶性表型。,对于一个特定组织或细胞恶性肿瘤的抑癌基因，需满足以下,三个条件,：,在癌的相应正常组织中必须有正常的表达；,恶性肿瘤细胞中相应基因应有所改变，包括点突变，片段缺失或表达缺陷；,在该基因缺陷的恶性肿瘤细胞中导入,野生型,（正常）基因将部分或全部抑制恶性表型。,(一)抑癌基因的发现,抑癌基因的发现较癌基因晚。20世纪60年代开始的杂合细胞致癌性研究中将肿瘤与正常细胞融合，或在肿瘤细胞中导入正常细胞的染色体，都可获得无致癌性的,杂合细胞,，提示正常的细胞中有抑制肿瘤的基因，即抑癌基因。,AKnudson 在研究视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,RB)的流行病学中发现婴幼儿所患的肿瘤常常是双侧多发性，并有家族史；而没有家族史的幼儿往往发病年龄较大，而且是单侧性肿瘤。,他假定遗传性和散发性的肿瘤都只与一个基因（即后来命名为,RB,的基因）有关。,DNA限制性内切酶片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)研究表明，,双侧,视网膜母细胞瘤患者的正常视网膜母细胞中的一对,RB,基因中，一个是野生型的，另一个是突变型的；而,单侧,肿瘤患者的正常视网膜母细胞中有一对野生型,RB,基因，视网膜母细胞瘤中的一对,RB,基因都是突变的。,如果将野生型,RB,基因经基因转染导入视网膜母细胞瘤细胞，转染后的细胞再接种动物后，不在动物中形成肿瘤，表明,RB,基因是抑癌基因二)抑癌基因的功能,抑癌基因编码产物的,功能,主要有诱导细胞分化、维持基因组稳定、触发诱导细胞程序性死亡等。,总体上抑癌基因对生长起着负调控作用，能抑制细胞的恶性生长。,若抑癌基因发生突变，则不能表达正常产物，或者其编码蛋白产物的活性受到抑制，使细胞增殖调控失衡，导致肿瘤发生。,癌基因,活化,后导致肿瘤发生，而抑癌基因则相反，是在,失活,时导致肿瘤发生。,抑癌基因失活的,原因,有基因突变、基因缺失、基因表达受抑等。,抑癌基因表达产物的,功能,：,原癌基因表达产物,的负调控分子；,DNA修复酶,细胞周期抑制分子,促进细胞凋亡的分子,1.,RB,基因,RB,基因位于13q14，全长200kbp，含27个外显子。,RB,基因失活不仅与视网膜母细胞瘤及骨肉瘤有关，在许多散发性肿瘤，如50 85的小细胞性肺癌、10 30乳腺癌、膀胱癌和前列腺癌中都发现了,RB,基因失活。,(三)抑癌基因作用机制举例,染色体的区、带、亚带的命名及表示方法,“亚带”这个概念出现在高分辨显带中，高分辨显带染色体的命名遵照ISCN（1978，1981，1985）：,（1）染色体序号：122号染色体或XY；,（2）染色体的臂号：,长臂q,或,短臂p,；,（3）区的序号：“区”为位于染色体臂上两相邻界标（“界标”是染色体上恒定的、有显著形态特征的带，包括染色体两臂的末端、着丝粒以及臂上某些显著的带）之间的区域。区的序号是从着丝粒部位向两臂远端依次编号；,（4）带的序号：“带”是染色体上宽窄各异、明暗相间的横纹。带的序号从着丝粒侧向臂的远端依次编号，作为界标的带属于该界标以远区的第1条带；,（5）亚带和次亚带的序号：亚带和次亚带是在带的基础上逐级细分出来的。亚带写在带号的后面，以小数点相隔，编号原则也是从着丝粒的近侧向远侧依次编号；次亚带直接写在亚带后，不加标点。,例如，,1q42.13,表示1号染色体长臂4区2带1亚带3次亚带。,RB,基因在各种组织中普遍表达，产物是位于细胞核内的105 kDa的蛋白质Rb,105,。,p,Rb,105,只有一条肽链，肽链中部有一个可折叠成口袋状的AB口袋结构域(AB,pocket,domain)，它能与一些病毒的蛋白质及细胞蛋白质结合，肽链中还有可磷酸化修饰的位点。,Rb的功能,取决于,它的磷酸化状态及与其他蛋白质的结合。,细胞进入G1期时Rb处于低磷酸化状态，而低磷酸化的Rb使得细胞不能通过G1-S关卡。,只有在细胞增殖信号通过依赖于Cyclin D1的激酶CDK4的活化导致Rb蛋白磷酸化后，高磷酸化的Rb方允许细胞从G1期进入S期。,因此低磷酸化的Rb在G1期特异的磷酸化是细胞从G1期进入S期的关键。,低磷酸化的Rb,对细胞周期的,负调节作用,是通过与转录因子E2F-1的结合而实现的。,低磷酸化的Rb的口袋结构域能结合E2F-1使之失活，S期必需的基因产物如二氢叶酸还原酶、胸苷激酶、DNA聚合酶等合成因而受限，细胞周期的进展受到抑制。,而高磷酸化的pRb不能与E2F-1结合，将导致这些基因的开放，促进细胞通过G1-S关卡。RB基因的缺失使得细胞丧失了该关卡的“,守卫,”，细胞周期进程失控，细胞异常增生。,2.,P,53基因,是目前研究最多的、也是迄今发现在人类肿瘤中发生,突变最广泛,的抑癌基因。,50 60的人类各系统肿瘤中发现有,P,53基因突变。某些家族遗传性肿瘤中还发现有胚系,P,53突变。无论是胚系,P,53突变或体细胞,P,53突变，常常是一对等位基因中只有一个等位基因有错义突变，造成,P,53蛋白中单个氨基酸残基替换。,突变的P53蛋白不仅自身失去功能，它还能与野生型等位基因表达的P53蛋白聚合成无功能的四聚体，即,显性负突变,。,在某些肉瘤及一些淋巴瘤中，,P,53基因的突变,常常是等位基因双缺失、基因重排或剪接错误，导致,P,53蛋白缺失。,注 释,导致显性负效应的基因突变成为,显性负效应突变,(dominant-negative mutation)。,此基因编码的突变型蛋白质称为,显性负效应蛋白,(dominant-negative protein),。,P,53基因位于17p13.1，全长20 kbp，含有11个外显子，编码一条53 kDa肽链，活性形式为,同源四聚体,。,P53蛋白是位于细胞核内的一种,转录因子,，在各种组织中普遍存在。,野生型P53蛋白半衰期很短，细胞内含量低。,细胞受到射线辐射或化学试剂作用导致DNA损伤时，P53蛋白水平升高，其原因主要是P53蛋白半衰期的延长及P53蛋白活化所致。,例如，P53蛋白的丝氨酸残基磷酸化，可使P53蛋白,稳定性增加,。,活化的P53蛋白的N端可以与转录辅激活因子P300CBP结合，,促进靶基因转录,，其中一个重要的靶基因编码P21蛋白。P21蛋白是G1期特异的细胞周期抑制物，其作用是阻止细胞通过G1-S关卡点，使其停留于G1期。,另一靶基因是生长阻滞及DNA损伤修复诱导基因45(growth arrest-and DNA damage-inducible gene，GADD45)，其产物是DNA损伤修复蛋白。P21蛋白与Gadd45蛋白的共同作用使DNA受损的细胞不再分裂，并且修复损伤而维持基因组的稳定性。,P53的另一个功能是,促进细胞凋亡,，当DNA损伤发生在已通过G1-S关卡点的细胞时，P53蛋白可促进细胞促凋亡基因的表达，如,BAX,基因及,FAS,基因等，增加细胞凋亡。,P53蛋白的,最终效应,是阻止DNA受损细胞通过G1期，而使细胞有足够的时间修复损伤的DNA；如果损伤不能修复，则诱导细胞凋亡，从而避免产生具有癌变倾向的基因突变的细胞。起着稳定基因组和抑制突变细胞产生的作用，从而达到抑制肿瘤发生的目的。,P,53正常功能的丧失，最主要的方式是基因突变，,P,53突变可促进细胞恶性转化，减少细胞凋亡。,突变的,P,53可使癌细胞对放疗、化疗,产生抗性,而导致其转移。,三、癌基因与抑癌基因在肿瘤发生中的作用,（一）细胞癌变的多基因协同,目前普遍认为肿瘤的发生、发展是多个癌基因和抑癌基因的基因改变累积的结果，经过起始、启动、促进和癌变几个阶段逐步演化而产生。,在基因水平上,，或通过外界致癌因素，或由于细胞内环境的恶化，突变基因数目增多，基因组变异逐步扩大；,在细胞水平上,则要经过永生化、分化逆转、转化等多个阶段，细胞周期失控细胞的生长特性逐步得到强化。,结果组织从增生、异型变、良性肿瘤、原位癌发展到浸润癌和转移癌。,例如，,结肠癌的发生发展过程,可分为6个阶段及数种基因变化：,上皮细胞过度增生阶段涉及家族性多发性腺癌基因、结肠癌突变基因的突变或缺失；,早期腺瘤阶段与DNA的低甲基化有关；,中期腺瘤阶段涉及,K,-,RAS,基因突变；,晚期腺瘤阶段涉及结肠癌缺失基因的丢失；,腺癌阶段涉及,P,53基因缺失；,转移癌阶段涉及,NM,23基因的突变、血管生长因子基因表达增高。,(二)细胞周期与细胞凋亡的分子调控机制是肿瘤研究的主线,1.癌基因、抑癌基因与细胞周期,细胞周期调控,细胞周期驱动（第九章）,细胞周期监控（后述）,细胞周期监测机制的构成：,DNA损伤感应机制,细胞生长停滞机制,DNA修复机制,细胞命运决定机制,细胞一旦发生DNA损伤或复制错误，将会启动DNA损伤,应激机制,，经由各种信号转导途径令细胞停止生长，修复损伤的DNA。,如果DNA损伤得到,完全修复,，细胞周期可进入下一个时相，正常完成一个细胞分裂周期；倘若DNA损伤,修复失败,，细胞凋亡机制将被启动，损伤细胞进入凋亡，从而避免DNA损伤带到子代细胞，维持了组织细胞基因组的稳定性，避免肿瘤发生的潜在可能。,肿瘤细胞的,最基本特征,是细胞的失控性增生，而失控性增生的,根本原因,就是细胞周期调控机制的破坏，包括驱动机制和监控机制的破坏。,监控机制破坏可发生在损伤感应、生长停滞、DNA修复和凋亡机制的任何一个环节上，结果将导致细胞基因组不稳定，突变基因数量增加，这些,突变的基因,往往就是癌基因和抑癌基因。,同时，很大一部分的癌基因和抑癌基因又是细胞周期调控机制的组成部分。因此，在肿瘤发展过程中，监控机制的异常会使细胞周期调控机制进一步恶化，并导致细胞周期驱动机制的破坏，细胞周期的驱动能力异常强化，细胞进入,失控性生长,状态，从而细胞出现,癌变性生长,。,2.癌基因、抑癌基因与细胞凋亡,细胞除了生长、增生和分化等现象之外，还存在细胞死亡现象，即,程序性细胞死亡,或,凋亡,。,有些抑癌基因的过量表达可诱导细胞发生凋亡，而与细胞生存相关的癌基因的激活则可抑制凋亡，细胞凋亡异常和肿瘤的发生发展的密切关系才引起研究者的重视。,现在已经明确细胞凋亡在肿瘤发生、胚胎发育、免疫反应、肿瘤免疫逃逸、神经系统发育、组织细胞代谢等过程中起重要作用。,总之，,肿瘤分子生物学,的进展已经深刻地改变了人们对肿瘤发生和生命现象的认识，并使肿瘤研究从以揭示肿瘤病因和寻找肿瘤治疗方法为目的单项研究，转变为以研究整个生命现象为目的，,全面揭示细胞生命分子机制,的重要手段。,肿瘤分子生物学必将在整个生命医学研究中发挥越来越重要的作用。,Summary,1.细胞增殖；,2.细胞周期蛋白与CDK；,3.生长因子的概念与生物学效应；,4.细胞分化；,5.胚胎干细胞分化具有全能性。,6.病毒癌基因与细胞癌基因的关系；,7.细胞癌基因的概念与功能；,8.抑癌基因的概念与功能。,思考题,1.细胞增殖；,2.生物体生长的三种方式；,3.真核细胞周期的时相；,4.细胞周期蛋白与CDK；,5.生长因子的概念与生物学效应；（,必做,）,6.生长因子的受体。,7.细胞分化；,8.胚胎干细胞分化具有全能性；,9.病毒癌基因与细胞癌基因的关系；（,必做,）,10.细胞癌基因的概念与功能；,11.抑癌基因的概念与功能。,End,