腫瘤形成的分子基礎(chǔ)

1、第五章 腫瘤形成的分子基礎(chǔ),原癌基因是細(xì)胞基因組的正常成分，正常情況下處于相對靜止或低表達(dá)狀態(tài)，對機(jī)體并不構(gòu)成威脅。相反，它們還具有重要的生理功能，特別是在胚胎發(fā)育、組織再生和創(chuàng)傷愈合的情況下。然而，在化學(xué)、物理及生物等致癌因素作用下，細(xì)胞癌基因的結(jié)構(gòu)或調(diào)控發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞生長分化失控而發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。癌基因活化的方式多種多樣，同一癌基因可通過不同的方式活化，同一種方式似乎也可以活化不同的癌基因，歸納起來，癌基因的激活有以下幾種方式：

2、,五、原癌基因激活機(jī)制,1.啟動子與增強子的插入 如雞白細(xì)胞增生病毒引起的淋巴瘤，就是因為該病毒DNA序列（含有較強的啟動子和增強子）整合到宿主細(xì)胞的c-myc基因的附近。由于這個強啟動子的插入，使c-myc的表達(dá)比正常高30-100倍。2.基因重排 通過這種基因的易位和重排，是原來無活性或低活性的原癌基因移致某些強的啟動子或增強子附近而被活化，原癌基因表達(dá)增強，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。如Burkitt淋巴瘤細(xì)胞中，位于8號染色體上的c-my

3、c移到14號染色體免疫球蛋白重鏈基因的調(diào)節(jié)區(qū)附近，造成c-myc基因轉(zhuǎn)錄去調(diào)節(jié)，導(dǎo)致細(xì)胞增殖、分化紊亂，從而引起腫瘤。3.原癌基因擴(kuò)增 某些原癌基因通過一些機(jī)制，在原來染色體上復(fù)制出多個拷貝，基因劑量增大，表達(dá)產(chǎn)物增多而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。,4.點突變 如ras原癌基因第一個外顯子的堿基（第35位）正常為GGC突變成GTC，結(jié)果造成P21蛋白第12位aa由正常細(xì)胞的甘?纈。5.甲基化程度降低 研究表明，在正常細(xì)胞，癌基因的甲基化程度較高

4、；腫瘤細(xì)胞，癌基因的甲基化程度較低，有利于癌基因的表達(dá)。如人結(jié)腸癌和小細(xì)胞肺癌的H-ras和K-ras的甲基化程度顯著降低。一些致癌劑通過抑制甲基轉(zhuǎn)移酶活性，活化c-onc最終導(dǎo)致細(xì)胞癌變。 6.染色質(zhì)非組蛋白的改變 組蛋白抑制所有基因的活性，而非組蛋白對基因的激活有重要的調(diào)節(jié)作用。如Walker肉瘤染色體的非組蛋白加至正常肝細(xì)胞的染色質(zhì)中?轉(zhuǎn)錄出肉瘤特有的RNA。而將正常肝細(xì)胞染色質(zhì)的非組蛋白加至Walker肉瘤染色質(zhì)中?轉(zhuǎn)錄出正常

5、肝細(xì)胞特有的RNA。,問題:試述原癌基因激活機(jī)制。,簡介:ras基因家族成員包括H-ras、K-ras和N-ras。表達(dá)產(chǎn)物是p21蛋白或稱Ras蛋白，與GTP有高度親和力，具有GTP酶活性，參與細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。功能:Ras蛋白在酪氨酸蛋白激酶途徑中起接頭蛋白的作用。通常以Ras蛋白-GDP無活性形式存在，其活性形式是Ras蛋白-GTP，通過對Raf蛋白及MAPK的連續(xù)激活，最后活化轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)細(xì)胞分裂。由此，Ras蛋白促進(jìn)細(xì)胞由

6、G0期進(jìn)入G1期。 ras基因與癌：ras基因最常見的突變部位是第12、13位密碼子，其他密碼子突變發(fā)生在第59、61位上。這些部位的突變降低了Ras蛋白結(jié)合GTP酶活化蛋白及自身的GTP酶活性，導(dǎo)致Ras蛋白與GTP的持續(xù)結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞分裂增殖，導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控。,問題:簡述ras基因突變致癌機(jī)制。,六、癌基因作用機(jī)制舉例-ras基因突變與腫瘤,細(xì)胞雜交試驗:,,問題：腫瘤抑制基因的研究始于何種細(xì)胞雜交實驗？ 可有哪些推

7、論？,第三節(jié) 抑癌基因與腫瘤,抑癌基因的發(fā)現(xiàn)始于細(xì)胞雜交實驗。當(dāng)一個腫瘤細(xì)胞和一個正常細(xì)胞融合為一個雜交細(xì)胞，往往不具有腫瘤的表型，甚至由兩種不同腫瘤細(xì)胞融合形成的雜交細(xì)胞也可呈非腫瘤表型。只有當(dāng)正常親代細(xì)胞完全失去了某種基因后，才會形成腫瘤的子代細(xì)胞。由此推測，在正常細(xì)胞中可能存在腫瘤抑制基因，阻止雜交細(xì)胞發(fā)生腫瘤，當(dāng)這種基因缺失或變異時，抑制腫瘤的功能喪失，導(dǎo)致腫瘤的形成。而在兩種不同腫瘤細(xì)胞雜交融合后，由于它們?nèi)笔У囊职┗虿煌?/p>

8、在形成的雜交體中，各自缺失的抑癌基因發(fā)生交叉互補，所以也不會形成腫瘤。據(jù)此，人們開始了抑癌基因的研究。 據(jù)此可得出如下推論：①正常細(xì)胞內(nèi)存在腫瘤抑制基因；②存在兩種以上抑癌基因；③不同的抑癌基因產(chǎn)物的作用機(jī)制不同；④在抑制腫瘤生成過程中，需各種腫瘤抑制基因的協(xié)同作用，任一種抑癌基因缺乏或失活均有可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。,功能:與癌基因一樣都是細(xì)胞的正常基因，共同調(diào)控細(xì)胞的增殖和分化。 抑癌基因的失活或丟失，亦可使細(xì)胞

9、增殖分化失控，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生；而抑癌基因的過表達(dá)，則加速衰老的進(jìn)程。,定義:抑癌基因是一類抑制細(xì)胞過度生長增殖，從而遏制腫瘤形成的基因。又稱抗癌基因、隱性癌基因、腫瘤易感基因。,概 述,一、抑癌基因表達(dá)產(chǎn)物和種類,抑癌基因表達(dá)產(chǎn)物: 跨膜受體蛋白或結(jié)構(gòu)蛋白、細(xì)胞骨架蛋白、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子、細(xì)胞周期蛋白、DNA損傷修復(fù)因子等。,抑癌基因的種類: 近40種，命名混亂，無統(tǒng)一命名法。研究較為清楚的有Rb基

10、因、p53基因。,二、抑癌基因的作用機(jī)制,1.作為轉(zhuǎn)錄因子或細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子參與細(xì)胞的生長、分 化等多種重要的生物學(xué)過程，以調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長。但以 對細(xì)胞增殖產(chǎn)生負(fù)調(diào)節(jié)作用為主。 2.以細(xì)胞骨架蛋白或膜蛋白，參與細(xì)胞內(nèi)外的信號傳遞；3.參與DNA損傷后的修復(fù)與DNA復(fù)制，確保DNA結(jié)構(gòu)及遺傳穩(wěn) 定性；4.作為GTP酶激活蛋白或磷酸酶阻斷癌基因產(chǎn)物的活性而發(fā) 揮抑癌效應(yīng)；5.DDC基因編碼一種與細(xì)胞黏附作用有關(guān)的細(xì)胞

11、表面蛋白質(zhì) 分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞間的相互關(guān)系等。,因表達(dá)產(chǎn)物p53蛋白的分子量為53kD而得名。是迄今為止發(fā)現(xiàn)的與人類腫瘤相關(guān)性最高的抑癌基因，相關(guān)性達(dá)50%~60%,分類,野生型:為抗癌基因，產(chǎn)物在生長增殖細(xì)胞 明顯升高。,,突變型:為癌基因，產(chǎn)物在癌細(xì)胞中明顯升高。,三、抑癌基因的作用機(jī)制舉例,1.p53基因,野生型p53基因作用機(jī)制,,1.細(xì)胞DNA受損時，p53蛋白與相應(yīng)部位結(jié)合，活 化P21

12、使細(xì)胞停止于G1期。2. p53蛋白與復(fù)制因子A協(xié)同參與DNA的修復(fù)。3.若修復(fù)失敗，p53蛋白即啟動程序性死亡誘 導(dǎo)細(xì)胞自殺，阻止癌變細(xì)胞的生成。4. p53蛋白阻止DNA pol與復(fù)制起始復(fù)合物結(jié) 合，抑制復(fù)制的啟動。5. p53蛋白抑制解鏈酶活性，抑制復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。6. p53蛋白激活一些抑制細(xì)胞分裂的基因，間 接抑制細(xì)胞增生。7. p53蛋白抑制c-myc、ras基因?qū)?xì)胞的轉(zhuǎn)化 作用。,問

13、題：野生型p53被譽為“基因衛(wèi)士”，試述其作用機(jī)制。,P53蛋白,解鏈酶,復(fù)制因子A,,P21蛋白,細(xì)胞停滯于G1期,,細(xì)胞調(diào)亡,DNA損傷,,P53蛋白,P53蛋白,野生型p53基因抑癌、促衰老作用機(jī)制,+,抑制細(xì)胞分裂基因,,抑制細(xì)胞增殖、增生,?P53基因突變不僅失去野生型p53抑制腫瘤增殖的作用，而且突變本身又使該基因具備癌基因功能(P53蛋白C端堿性區(qū)具有活化癌基因的作用)。?突變的P53蛋白與野生型P53蛋白相結(jié)合，形成的

14、這種寡聚蛋白不能結(jié)合DNA，使得一些癌變基因表達(dá)失控導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。,突變型p53基因致癌作用機(jī)制,抑癌基因?qū)嶒炁e例?p53基因,《自然》雜志:美國分子生物學(xué)家Donehower在老鼠身上模擬正常人類p53突變的過程中，偶然創(chuàng)造出了一種p53異常活躍的老鼠。p53使這種老鼠對于致命的腫瘤具有明顯的抵抗性。但是這種老鼠沒有充分享受不得癌癥的機(jī)會。僅僅過了96周，半數(shù)的突變個體已經(jīng)歸西了。最老的一只突變個體非常勉強的活到了136周；而與之對照

15、的正常個體生活了164周。Donehower說，這種老鼠“在中年時看上去已經(jīng)衰弱而遲鈍”，并且出現(xiàn)了許多與老化有關(guān)的特征，例如，身體縮小、皮膚變薄、以及傷口愈合變慢。意義:這項研究工作表明，p53可以使動物戰(zhàn)勝癌癥活到繁殖的年齡，但會影響正常細(xì)胞的功能。理清p53防治癌癥和促進(jìn)老化能力之間的關(guān)系，可能會最終產(chǎn)生出一種新的癌癥治療方法。,2.Rb基因,Rb基因因最初發(fā)現(xiàn)于兒童視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma)而得名。正常情況

16、下，Rb基因控制著成視網(wǎng)膜細(xì)胞的生長發(fā)育和視覺細(xì)胞的分化。Rb基因一旦功能喪失或先天性缺陷，成視網(wǎng)膜細(xì)胞異常增殖，形成視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤。 Rb基因較大，編碼的蛋白質(zhì)為P105,定位于核內(nèi)，有磷酸化和非磷酸化(或低磷酸化)兩種形式。非磷酸化(或低磷酸化)為活性形式，能促進(jìn)細(xì)胞分化，抑制細(xì)胞增殖。,Rb蛋白通過結(jié)合或釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F進(jìn)而控制細(xì)胞周期， E2F是一類激活轉(zhuǎn)錄作用的活性蛋白，控制著S期的重要蛋白的合成(如DNA聚合酶)。

17、在G0、G1期，低磷酸化的Rb蛋白和E2F結(jié)合，使E2F處于非活化狀態(tài)。在S期，高磷酸化的Rb蛋白釋放E2F，促使細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期。腫瘤癌基因的產(chǎn)物能模仿高磷酸化的Rb蛋白阻止其與E2F結(jié)合。在很多腫瘤細(xì)胞中，細(xì)胞周期不被Rb控制，使細(xì)胞周期混亂。當(dāng)Rb基因發(fā)生缺失或突變，喪失結(jié)合、抑制E2F的能力，于是細(xì)胞增殖活躍，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。 Rb蛋白還可通過抑制多種原癌基因如c-myc和c-fos等的表達(dá)而抑制細(xì)胞增殖。,作用機(jī)制,第四

18、節(jié) 生長因子與腫瘤,一、概 述,生長因子(growth factor ):通過質(zhì)膜上特異的受體，將信息傳遞至細(xì)胞內(nèi)部，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長與增殖的多肽類物質(zhì)。,作用模式: 內(nèi)分泌 (endocrine) 旁分泌 (paracrine) 自分泌 (autocrine),1.旁分泌:細(xì)胞分泌的生長因子作用 于鄰近其他類型的細(xì)胞。2.內(nèi)分泌:生長因子從細(xì)胞分泌出來， 通過血液運輸作用于遠(yuǎn)

19、隔靶細(xì)胞。3.自分泌:生長因子作用于合成及分 泌該生長因子的自身細(xì)胞或同類型 細(xì)胞。,1,2,3,產(chǎn)生相應(yīng)第二信使,胞內(nèi)相關(guān)蛋白質(zhì)磷酸化,與膜受體結(jié)合,酪氨酸激酶活化,蛋白激酶活化,核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子活化,基因轉(zhuǎn)錄,與胞內(nèi)受體結(jié)合,,,,,,,,生長因子 - 受體復(fù)合物，活化相關(guān)基因,,,,二、生長因子的作用機(jī)制,,細(xì)胞生長增殖,,細(xì)胞核,1.絕大部分都是多肽類生長因子；2.靶細(xì)胞膜上各有其特異性受體；3.這些生長因子與特異受體

20、結(jié)合后，通過激活多種蛋白酶， 對轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行磷酸化修飾，引發(fā)一系列基因的轉(zhuǎn)錄激 活，促進(jìn)細(xì)胞的生長增殖；4.絕大多數(shù)以旁分泌（paracrine）或自分泌（autocrine） 的方式發(fā)揮作用。與惡性腫瘤發(fā)生有關(guān)的生長因子有： 表皮生長因子（EGF）、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）、成纖 維細(xì)胞生長因子（FGF）、類胰島素生長因子-1（IGF-1） 等。,三、生長因子作用特點,PDGF和P28與腫瘤,TG、IP3,

21、蛋白激酶C,,+,轉(zhuǎn)錄因子,,,第四節(jié) 腫瘤的代謝特征,1.糖代謝特征,⑴糖酵解增強，糖消耗顯著 可能是由于腫瘤組織的快速生長造成局部供氧不足和腫瘤細(xì)胞代謝特征發(fā)生改變之故。⑵磷酸戊糖途徑活躍進(jìn)行 磷酸戊糖途徑生成的5-磷酸核糖,為大量合成的核酸提供原料。生成的DADPH用于合成代謝或經(jīng)氧化呼吸鏈氧化供能。⑶糖異生和糖原合成下降 可能是腫瘤細(xì)胞減少能量和原料的消耗，以保證自身物質(zhì)的合成。,2.脂類代謝特征,⑴脂肪動員加強 糖代謝提

22、供的能量無法滿足腫瘤細(xì)胞對能量的需求，脂肪動員加強，以供應(yīng)其活躍代謝需要的能量。⑵類脂需求增加 細(xì)胞分裂時有大量膜性結(jié)構(gòu)生成。膜性結(jié)構(gòu)主要由不飽和脂肪酸、膽固醇和磷脂組成。這些物質(zhì)的合成需要NADPH，可能是腫瘤細(xì)胞糖的磷酸戊糖途徑加強的原因之一。,3.蛋白質(zhì)代謝特征,⑴腫瘤細(xì)胞蛋白質(zhì)合成增加 腫瘤細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成增加，氨基酸的主要代謝去向是用于蛋白質(zhì)合成，而氨基酸分解代謝減少和氨基酸的糖異生作用降低。⑵組織蛋白質(zhì)分解加強 腫瘤細(xì)

23、胞從氨基酸代謝庫大量攝取氨基酸用于蛋白質(zhì)合成。同時，氨基酸分解代謝減少，氨基酸的糖異生作用降低。⑶多胺生成增加 多胺是指含有多個氨基的化合物，包括腐胺、精瞇和精胺。腫瘤組織鳥氨酸脫羧酶的活性和多胺的含量明顯增加。多胺促進(jìn)細(xì)胞增殖的機(jī)制可能與其穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)、與核酸結(jié)合及促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成有關(guān)。目前臨床上檢測病人血或尿中多胺水平，來作為腫瘤輔助診斷及病情變化的生化治標(biāo)之一。,4.核酸代謝特征,（1）核苷酸合成及分解加強：腫瘤細(xì)胞分