腫瘤形成的分子基礎

1、第五章 腫瘤形成的分子基礎,原癌基因是細胞基因組的正常成分，正常情況下處于相對靜止或低表達狀態(tài)，對機體并不構成威脅。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、物理及生物等致癌因素作用下，細胞癌基因的結構或調控發(fā)生改變，導致細胞生長分化失控而發(fā)生惡性轉化。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、原癌基因激活機制,1.啟動子與增強子的插入 如雞白細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，原癌基因表達增強，導致腫瘤的發(fā)生。如Burkitt淋巴瘤細胞中，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節(jié)區(qū)附近，造成c-myc基因轉錄去調節(jié)，導致細胞增殖、分化紊亂，從而引起腫瘤。3.原癌基因擴增 某些原癌基因通過一些機制，在原來染色體上復制出多個拷貝，基因劑量增大，表達產物增多而導致腫瘤的發(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，結果造成P21蛋白第12位aa由正常細胞的甘?纈。5.甲基化程度降低 研究表明，在正常細胞，癌基因的甲基化程度較高

4、；腫瘤細胞，癌基因的甲基化程度較低，有利于癌基因的表達。如人結腸癌和小細胞肺癌的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移酶活性，活化c-onc最終導致細胞癌變。 6.染色質非組蛋白的改變 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節(jié)作用。如Walker肉瘤染色體的非組蛋白加至正常肝細胞的染色質中?轉錄出肉瘤特有的RNA。而將正常肝細胞染色質的非組蛋白加至Walker肉瘤染色質中?轉錄出正常

5、肝細胞特有的RNA。,問題:試述原癌基因激活機制。,簡介:ras基因家族成員包括H-ras、K-ras和N-ras。表達產物是p21蛋白或稱Ras蛋白，與GTP有高度親和力，具有GTP酶活性，參與細胞內的信號轉導。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，最后活化轉錄因子，促進細胞分裂。由此，Ras蛋白促進細胞由

6、G0期進入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蛋白結合GTP酶活化蛋白及自身的GTP酶活性，導致Ras蛋白與GTP的持續(xù)結合，促進細胞分裂增殖，導致細胞增殖失控。,問題:簡述ras基因突變致癌機制。,六、癌基因作用機制舉例-ras基因突變與腫瘤,細胞雜交試驗:,,問題：腫瘤抑制基因的研究始于何種細胞雜交實驗？ 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)始于細胞雜交實驗。當一個腫瘤細胞和一個正常細胞融合為一個雜交細胞，往往不具有腫瘤的表型，甚至由兩種不同腫瘤細胞融合形成的雜交細胞也可呈非腫瘤表型。只有當正常親代細胞完全失去了某種基因后，才會形成腫瘤的子代細胞。由此推測，在正常細胞中可能存在腫瘤抑制基因，阻止雜交細胞發(fā)生腫瘤，當這種基因缺失或變異時，抑制腫瘤的功能喪失，導致腫瘤的形成。而在兩種不同腫瘤細胞雜交融合后，由于它們缺失的抑癌基因不同，

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正常細胞內存在腫瘤抑制基因；②存在兩種以上抑癌基因；③不同的抑癌基因產物的作用機制不同；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致腫瘤發(fā)生。,功能:與癌基因一樣都是細胞的正?；颍餐{控細胞的增殖和分化。 抑癌基因的失活或丟失，亦可使細胞

9、增殖分化失控，導致腫瘤的發(fā)生；而抑癌基因的過表達，則加速衰老的進程。,定義:抑癌基因是一類抑制細胞過度生長增殖，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、抑癌基因表達產物和種類,抑癌基因表達產物: 跨膜受體蛋白或結構蛋白、細胞骨架蛋白、轉錄因子、轉錄調節(jié)因子、細胞周期蛋白、DNA損傷修復因子等。,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、抑癌基因的作用機制,1.作為轉錄因子或細胞周期調節(jié)因子參與細胞的生長、分 化等多種重要的生物學過程，以調節(jié)細胞的生長。但以 對細胞增殖產生負調節(jié)作用為主。 2.以細胞骨架蛋白或膜蛋白，參與細胞內外的信號傳遞；3.參與DNA損傷后的修復與DNA復制，確保DNA結構及遺傳穩(wěn) 定性；4.作為GTP酶激活蛋白或磷酸酶阻斷癌基因產物的活性而發(fā) 揮抑癌效應；5.DDC基因編碼一種與細胞黏附作用有關的細胞

11、表面蛋白質 分子，調節(jié)細胞間的相互關系等。,因表達產物p53蛋白的分子量為53kD而得名。是迄今為止發(fā)現(xiàn)的與人類腫瘤相關性最高的抑癌基因，相關性達50%~60%,分類,野生型:為抗癌基因，產物在生長增殖細胞 明顯升高。,,突變型:為癌基因，產物在癌細胞中明顯升高。,三、抑癌基因的作用機制舉例,1.p53基因,野生型p53基因作用機制,,1.細胞DNA受損時，p53蛋白與相應部位結合，活 化P21

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

13、題：野生型p53被譽為“基因衛(wèi)士”，試述其作用機制。,P53蛋白,解鏈酶,復制因子A,,P21蛋白,細胞停滯于G1期,,細胞調亡,DNA損傷,,P53蛋白,P53蛋白,野生型p53基因抑癌、促衰老作用機制,+,抑制細胞分裂基因,,抑制細胞增殖、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蛋白相結合，形成的

14、這種寡聚蛋白不能結合DNA，使得一些癌變基因表達失控導致腫瘤發(fā)生。,突變型p53基因致癌作用機制,抑癌基因實驗舉例?p53基因,《自然》雜志:美國分子生物學家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?；钴S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會。僅僅過了96周，半數(shù)的突變個體已經歸西了。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衰弱而遲鈍”，并且出現(xiàn)了許多與老化有關的特征，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，但會影響正常細胞的功能。理清p53防治癌癥和促進老化能力之間的關系，可能會最終產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)于兒童視網膜母細胞瘤(retinoblastoma)而得名。正常情況

16、下，Rb基因控制著成視網膜細胞的生長發(fā)育和視覺細胞的分化。Rb基因一旦功能喪失或先天性缺陷，成視網膜細胞異常增殖，形成視網膜母細胞瘤。 Rb基因較大，編碼的蛋白質為P105,定位于核內，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，能促進細胞分化，抑制細胞增殖。,Rb蛋白通過結合或釋放轉錄因子E2F進而控制細胞周期， E2F是一類激活轉錄作用的活性蛋白，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，促使細胞進入細胞周期。腫瘤癌基因的產物能模仿高磷酸化的Rb蛋白阻止其與E2F結合。在很多腫瘤細胞中，細胞周期不被Rb控制，使細胞周期混亂。當Rb基因發(fā)生缺失或突變，喪失結合、抑制E2F的能力，于是細胞增殖活躍，導致腫瘤發(fā)生。 Rb蛋白還可通過抑制多種原癌基因如c-myc和c-fos等的表達而抑制細胞增殖。,作用機制,第四

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

19、隔靶細胞。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胞或同類型 細胞。,1,2,3,產生相應第二信使,胞內相關蛋白質磷酸化,與膜受體結合,酪氨酸激酶活化,蛋白激酶活化,核內轉錄因子活化,基因轉錄,與胞內受體結合,,,,,,,,生長因子 - 受體復合物，活化相關基因,,,,二、生長因子的作用機制,,細胞生長增殖,,細胞核,1.絕大部分都是多肽類生長因子；2.靶細胞膜上各有其特異性受體；3.這些生長因子與特異受體

20、結合后，通過激活多種蛋白酶， 對轉錄因子進行磷酸化修飾，引發(fā)一系列基因的轉錄激 活，促進細胞的生長增殖；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)生有關的生長因子有： 表皮生長因子（EGF）、轉化生長因子（TGF）、成纖 維細胞生長因子（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胞代謝特征發(fā)生改變之故。⑵磷酸戊糖途徑活躍進行 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 可能是腫瘤細胞減少能量和原料的消耗，以保證自身物質的合成。,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胞對能量的需求，脂肪動員加強，以供應其活躍代謝需要的能量。⑵類脂需求增加 細胞分裂時有大量膜性結構生成。膜性結構主要由不飽和脂肪酸、膽固醇和磷脂組成。這些物質的合成需要NADPH，可能是腫瘤細胞糖的磷酸戊糖途徑加強的原因之一。,3.蛋白質代謝特征,⑴腫瘤細胞蛋白質合成增加 腫瘤細胞中蛋白質合成增加，氨基酸的主要代謝去向是用于蛋白質合成，而氨基酸分解代謝減少和氨基酸的糖異生作用降低。⑵組織蛋白質分解加強 腫瘤細

23、胞從氨基酸代謝庫大量攝取氨基酸用于蛋白質合成。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。多胺促進細胞增殖的機制可能與其穩(wěn)定細胞結構、與核酸結合及促進核酸和蛋白質的生物合成有關。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之一。,4.核酸代謝特征,（1）核苷酸合成及分解加強：腫瘤細胞分