肿瘤形成的分子基础.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,*,第五章,肿瘤形成的分子基础,原癌基因是细胞基因组的正常成分，正常情况下处于相对静止或低表达状态，对机体并不构成威胁。相反，它们还具有重要的生理功能，特别是在胚胎发育、组织再生和创伤愈合的情况下。然而，在化学、物理及生物等致癌因素作用下，细胞癌基因的结构或调控发生改变，导致细胞生长分化失控而发生恶性转化。癌基因活化的方式多种多样，同一癌基因可通过不同的方式活化，同一种方式似乎也可以活化不同的癌基因，归纳起来，癌基因的激活有以下几种方式：,五、原癌基因激活机制,1.,启动子与增强子的插入,如鸡白细胞增生病毒引起的淋巴瘤，就是因为该病毒,DNA,序列（含有较强的启动子和增强子）整合到宿主细胞的,c-myc,基因的附近。由于这个强启动子的插入，使,c-myc,的表达比正常高,30-100,倍。,2.,基因重排,通过这种基因的易位和重排，是原来无活性或低活性的原癌基因移致某些强的启动子或增强子附近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生。如,Burkitt,淋巴瘤细胞中，位于,8,号染色体上的,c-myc,移到,14,号染色体免疫球蛋白重链基因的调节区附近，造成,c-myc,基因转录去调节，导致细胞增殖、分化紊乱，从而引起肿瘤。,3.,原癌基因扩增,某些原癌基因通过一些机制，在原来染色体上复制出多个拷贝基因剂量增大，表达产物增多而导致肿瘤的发生。,4.,点突变,如,ras,原癌基因第一个外显子的碱基（第,35,位）正常为,GGC,突变成,GTC,，结果造成,P21,蛋白第,12,位,aa,由正常细胞的甘,缬。,5.,甲基化程度降低,研究表明，在正常细胞，癌基因的甲基化程度较高；肿瘤细胞，癌基因的甲基化程度较低，有利于癌基因的表达。如,人结肠癌和小细胞肺癌的,H-,ras,和,K-,ras,的甲基化程度显著降低。一些致癌剂通过抑制甲基转移酶活性，活化,c-onc,最终导致细胞癌变。,6.,染色质非组蛋白的改变,组蛋白抑制所有基因的活性，而非组蛋白对基因的激活有重要的调节作用。如,Walker肉瘤染色体的非组蛋白加至正常肝细胞的染色质中,转录出肉瘤特有的,RNA,。而将正常肝细胞染色质的非组蛋白加至,Walker,肉瘤染色质中,转录出正常肝细胞特有的,RNA,。,问题,:,试述原癌基因激活机制。,简介,:,ras,基因家族成员包括,H-,ras,、,K-,ras,和,N-,ras,。表达产物是,p21,蛋白或称,Ras,蛋白，与,GTP,有高度亲和力，具有,GTP,酶活性，参与细胞内的信号转导。,功能,:,Ras,蛋白在酪氨酸蛋白激酶途径中起接头蛋白的作用。通常以,Ras,蛋白,-GDP,无活性形式存在，其活性形式是,Ras,蛋白,-GTP,，通过对,Raf,蛋白及,MAPK,的连续激活，最后活化转录因子，促进细胞分裂。由此，,Ras,蛋白促进细胞由,G,0,期进入,G,1,期。,ras,基因与癌：,ras,基因最常见的突变部位是第,12,、,13,位密码子，其他密码子突变发生在第,59,、,61,位上。这些部位的突变降低了,Ras,蛋白结合,GTP,酶活化蛋白及自身的,GTP,酶活性，导致,Ras,蛋白与,GTP,的持续结合，促进细胞分裂增殖，导致细胞增殖失控。,问题,:,简述,ras,基因突变致癌机制。,六、癌基因作用机制举例,-,ras,基因突变与肿瘤,细胞杂交试验,:,正常细胞,肿瘤细胞,非肿瘤型杂交细胞,杂交融合,肿瘤细胞,1,肿瘤细胞,2,杂交融合,非肿瘤型杂交细胞,正常细胞,失去某些基因,肿瘤细胞,问题：肿瘤抑制基因的研究始于何种细胞杂交实验？,可有哪些推论？,第三节 抑癌基因与肿瘤,抑癌基因的发现始于细胞杂交实验。当一个肿瘤细胞和一个正常细胞融合为一个杂交细胞，往往不具有肿瘤的表型，甚至由两种不同肿瘤细胞融合形成的杂交细胞也可呈非肿瘤表型。只有当正常亲代细胞完全失去了某种基因后，才会形成肿瘤的子代细胞。由此推测，在正常细胞中可能存在肿瘤抑制基因，阻止杂交细胞发生肿瘤，当这种基因缺失或变异时，抑制肿瘤的功能丧失，导致肿瘤的形成。而在两种不同肿瘤细胞杂交融合后，由于它们缺失的抑癌基因不同，在形成的杂交体中，各自缺失的抑癌基因发生交叉互补，所以也不会形成肿瘤。,据此，人们开始了抑癌基因的研究。,据此可得出如下推论：正常细胞内存在肿瘤抑制基因；存在两种以上抑癌基因；不同的抑癌基因产物的作用机制不同；在抑制肿瘤生成过程中，需各种肿瘤抑制基因的协同作用,，,任一,种抑癌基因缺乏或失活均有可能导致肿瘤发生。,功能,:,与癌基因一样都是细胞的正常基因，共同调控细胞的增殖和分化。,抑癌基因的失活或丢失，亦可使细胞增殖分化失控，导致肿瘤的发生；而抑癌基因的过表达，则加速衰老的进程。,定义,:,抑癌基因,是一类抑制细胞过度生长增殖，从而遏制肿瘤形成的基因。又称抗癌基因、隐性癌基因、肿瘤易感基因。,概 述,一、抑癌基因表达产物和种类,抑癌基因表达产物,跨膜受体蛋白或结构蛋白、细胞骨架蛋白、转录因子、转录调节因子、细胞周期蛋白、,DNA,损伤修复因子等。,抑癌基因的种类,:,近,40,种，命名混乱，无统一命名法。研究较为清楚的有,Rb,基因、,p53,基因。,二、抑癌基因的作用机制,1.,作为转录因子或细胞周期调节因子参与细胞的生长、分,化等多种重要的生物学过程，以调节细胞的生长。,但以,对细胞增殖产生负调节作用为主。,2.,以细胞骨架蛋白或膜蛋白，参与细胞内外的信号传递；,3.,参与,DNA,损伤后的修复与,DNA,复制，确保,DNA,结构及遗传稳,定性；,4.,作为,GTP,酶激活蛋白或磷酸酶阻断癌基因产物的活性而发,挥抑癌效应；,5DDC,基因编码一种与细胞黏附作用有关的细胞表面蛋白质,分子，调节细胞间的相互关系等。,因表达产物,p53,蛋白的分子量为,53kD,而得名。是迄今为止发现的与人类肿瘤相关性最高的抑癌基因，相关性达,50%60%,分,类,野生型,:,为抗癌基因，产物在生长增殖细胞,明显升高。,突变型,:,为癌基因，产物在癌细胞中明显升高。,三、抑癌基因的作用机制举例,1.p53,基因,野生型,p53,基因作用机制,1.,细胞,DNA,受损时，,p53,蛋白与相应部位结合，活,化,P21,使细胞停止于,G1,期。,2.p53,蛋白与复制因子,A,协同参与,DNA,的修复。,3.,若修复失败，,p53,蛋白即启动程序性死亡诱,导细胞自杀，阻止癌变细胞的生成。,4.p53,蛋白阻止,DNA,pol,与复制起始复合物结,合，抑制复制的启动。,5.p53,蛋白抑制解链酶活性,，,抑制复制和转录,。,6.p53,蛋白激活一些抑制细胞分裂的基因，间,接抑制细胞增生。,7.p53,蛋白抑制,c-myc,、,ras,基因对细胞的转化,作用。,问题：野生型,p53,被誉为“基因卫士”，试述其作用机制。,P53,蛋白,解链酶,复制因子,A,P21,蛋白,细胞停滞于,G,1,期,细胞调亡,DNA,损伤,P21,基因,P53,蛋白,抑 制,P53,蛋白,成功修复,修复失败,野生型,p53,基因抑癌、促衰老作用机制,+,活化,抑制细胞分裂基因,抑制细胞增殖、增生,酸性区,核心区,碱性区,P53,蛋白,P53,基因突变,不仅失去野生型,p53,抑制肿瘤增殖的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基因功能,(,P53,蛋白,C,端碱性区具有活化癌基因的作用,),。,突变的,P53,蛋白,与野生型,P53,蛋白相结合，形成的这种寡聚蛋白不能结合,DNA,，使得一些癌变基因表达失控导致肿瘤发生。,突变型,p53,基因致癌作用机制,抑癌基因实验举例,p53,基因,自然,杂志,:,美国分子生物学家,Donehower,在老鼠身上模拟正常人类,p53,突变的过程中，偶然创造出了一种,p53,异常活跃的老鼠。,p53,使这种老鼠对于致命的肿瘤具有明显的抵抗性。但是这种老鼠没有充分享受不得癌症的机会。仅仅过了,96,周，半数的突变个体已经归西了。最老的一只突变个体非常勉强的活到了,136,周；而与之对照的正常个体生活了,164,周。,Donehower,说，这种老鼠,“,在中年时看上去已经衰弱而迟钝,”,，并且出现了许多与老化有关的特征，例如，身体缩小、皮肤变薄、以及伤口愈合变慢。,意义,:,这项研究工作表明，,p53,可以使动物战胜癌症活到繁殖的年龄，但会影响正常细胞的功能。理清,p53,防治癌症和促进老化能力之间的关系，可能会最终产生出一种新的癌症治疗方法。,2.Rb,基因,Rb,基因因最初发现于儿童视网膜母细胞瘤retinoblastoma),而得名。正常情况下，,Rb,基因控制着成视网膜细胞的生长发育和视觉细胞的分化。,Rb,基因一旦功能丧失或先天性缺陷，成视网膜细胞异常增殖，形成视网膜母细胞瘤。,Rb,基因较大，编码的蛋白质为,P105,定位于核内，有磷酸化和非磷酸化,(,或低磷酸化,),两种形式。非磷酸化,(,或低磷酸化,),为活性形式，能促进细胞分化，抑制细胞增殖。,Rb,蛋白通过结合或释放转录因子,E,2,F,进而控制细胞周期，,E,2,F,是一类激活转录作用的活性蛋白，控制着,S,期的重要蛋白的合成,(,如,DNA,聚合酶,),。在,G0,、,G1,期，低磷酸化的,Rb,蛋白和,E,2F,结合，使,E,2,F,处于非活化状态。在,S,期，高磷酸化的,Rb,蛋白释放,E,2,F,，促使细胞进入细胞周期。肿瘤癌基因的产物能模仿高磷酸化的,Rb,蛋白阻止其与,E,2,F,结合。在很多肿瘤细胞中，细胞周期不被,Rb,控制，使细胞周期混乱。当,Rb,基因发生缺失或突变，丧失结合、抑制,E,2,F,的能力，于是细胞增殖活跃，导致肿瘤发生。,Rb,蛋白还可通过抑制多种原癌基因如,c-myc,和,c-fos,等的表达而抑制细胞增殖。,作用机制,第四节 生长因子与肿瘤,一、概 述,生长因子,(,growth factor),:,通过质膜上特异的受体，将信息传递至细胞内部，调节,细胞生长与增殖,的多肽类物质。,作用模式,:,内分泌,(endocrine),旁分泌,(,paracrine,),自分泌,(,autocrine,),1.,旁分泌,:,细胞分泌的生长因子作用,于邻近其他类型的细胞。,2.,内分泌,:,生长因子从细胞分泌出来，,通过血液运输作用于远隔靶细胞。,3.,自分泌,:,生长因子作用于合成及分,泌该生长因子的自身细胞或同类型,细胞。,1,2,3,产生相应第二信使,胞内相关蛋白质磷酸化,与,膜受体,结合,酪氨酸激酶活化,蛋白激酶活化,核内转录因子活化,基因转录,与,胞内受体,结合,生长因子,-,受体复合物，活化相关基因,二、生长因子的作用机制,细胞生长增殖,细胞核,1.绝大部分都是多肽类生长因子；,2.,靶细胞膜上各有其特异性受体；,3.,这些生长因子与特异受体结合后，通过激活多种蛋白酶，,对转录因子进行磷酸化修饰，引发一系列基因的转录激,活，促进细胞的生长增殖；,4.,绝大多数以旁分泌（,paracrine,）或自分泌（,autocrine,）,的方式发挥作用。与恶性肿瘤发生有关的生长因子有：,表皮生长因子（,EGF,）、转化生长因子（,TGF,）、成纤,维细胞生长因子（,FGF,）、类胰岛素生长因子,-1,（,IGF-1,）,等。,三、生长因子作用特点,PDGF,和,P28,与肿瘤,TG,、,IP,3,蛋白激酶,C,+,转录因子,第四节 肿瘤的代谢特征1.,糖代谢特征,糖酵解增强，糖消耗显著,可能是由于肿瘤组织的快速生长造成局部供氧不足和肿瘤细胞代谢特征发生改变之故。,磷酸戊糖途径活跃进行,磷酸戊糖途径生成的,5-,磷酸核糖,为大量合成的核酸提供原料。生成的,DADPH,用于合成代谢或经氧化呼吸链氧化供能。,糖异生和糖原合成下降,可能是肿瘤细胞减少能量和原料的消耗，以保证自身物质的合成。,2.,脂类代谢特征,脂肪动员,加强 糖代谢提供的能量无法满足肿瘤细胞对能量的需求，脂肪动员加强，以供应其活跃代谢需要的能量。,类脂需求增加,细胞分裂时有大量膜性结构生成。膜性结构主要由不饱和脂肪酸、胆固醇和磷脂组成。这些物质的合成需要,NADPH,，可能是肿瘤细胞糖的磷酸戊糖途径加强的原因之一。,3.,蛋白质代谢特征,肿瘤细胞蛋白质合成增加,肿瘤细胞中蛋白质合成增加，氨基酸的主要代谢去向是用于蛋白质合成，而氨基酸分解代谢减少和氨基酸的糖异生作用降低。,组织蛋白质分解加强,肿瘤细胞从氨基酸代谢库大量摄取氨基酸用于蛋白质合成。同时，氨基酸分解代谢减少，氨基酸的糖异生作用降低。,多胺生成增加,多胺是指含有多个氨基的化合物，包括腐胺、精眯和精胺。肿瘤组织鸟氨酸脱羧酶的活性和多胺的含量明显增加。多胺促进细胞增殖的机制可能与其稳定细胞结构、与核酸结合及促进核酸和蛋白质的生物合成有关。目前临床上检测病人血或尿中多胺水平，来作为肿瘤辅助诊断及病情变化的生化治标之一。,4.,核酸代谢特征,（,1,）核苷酸合成及分解加强：,肿瘤细胞分裂增殖旺盛，必然伴有各种,RNA,和,DNA,合成的增加，需消耗大量核苷酸。而核酸的分解产物不是核苷酸，所以核苷酸的补救合成和从头合成均加强，但仍以从头合成为主。同时，由于肿瘤细胞崩解或化疗、放疗造成肿瘤细胞死亡，核苷酸分解增加，其分解代谢的终产物如,-,氨基异丁酸从尿中排泄增多。,（,2,）核酸合成增加：,肿瘤组织核酸代谢最突出的变化是，无论是,RNA,还是,DNA,的合成均显著增加，以满足肿瘤细胞代谢和分裂增殖的需求。,