肿瘤分子生物学
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肿瘤分子生物学. 制作人 谭宇蕙. 背景知识回顾. 一、遗传信息传递过程中 DNA 复制的高保真性: (一)遵循严格的碱基配对规律, A-T , G-C 配对 . DNA 聚合酶在复制延长中严格选择配对碱基 (二)复制出错时 DNA 聚合酶有即时校读 . DNA 聚合酶有 3 ’ -5 ’ 外切酶活性. 严格选择配对碱基. 3 ’ -5 ’ 外切酶活性. (三)突变与修复. ( 1 )引起突变的因素 化学、物理、生物. ( 2 ) 基因突变( gene mutation ).

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肿瘤分子生物学

制作人 谭宇蕙


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背景知识回顾

一、遗传信息传递过程中DNA复制的高保真性:

(一)遵循严格的碱基配对规律,A-T,G-C配对. DNA聚合酶在复制延长中严格选择配对碱基

(二)复制出错时DNA聚合酶有即时校读. DNA聚合酶有3’-5’外切酶活性


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严格选择配对碱基


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3’-5’外切酶活性


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(三)突变与修复

(1)引起突变的因素

化学、物理、生物


2 gene mutation

(2) 基因突变(gene mutation)

1.点突变(point mutation)

转换( transition)

颠换 (transversion)

2. 缺失(deletion)、插入 (insertion )与框移突变/移码突变 (frame-shift mutation )

3. 重排( rearrangement)


3 dna dna damage and repairing

(3)DNA的损伤和修复(DNA damage and repairing)

  • 光复活 (photoreactivation):

    光修复 酶(photolyase)

  • 切除修复 (excission repairing):

    DNA-polⅠ, DNA ligase

  • 重组修复 (recombination repairing)

  • SOS修复 (SOS repairing):

    应急性修复,允许差错,

    保留错误多,引起广泛、长期突变


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(4)整体修复

  • 细胞凋亡: 程序化死亡.生理性死亡

  • 免疫系统

多基因突变 细胞转化 启动整体修复


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二、肿瘤的发生

细胞水平——

细胞增殖、分化、凋亡发生异常,细胞总数失控,恶性生长造成。

增殖 分化、凋亡

生的过度,死亡失却

基因水平__

细胞周期(增殖、分化、凋亡)由两大类基因调控,原癌基因和抑癌基因。原癌基因 抑癌基因


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(一)肿瘤细胞的特征

1、肿瘤是一种基因异常的疾病,也是细胞疾病

肿瘤细胞表型能稳定遗传

病因:DNA异常、发生多基因突变。

DNA诱变剂都是致癌物

体外转染癌基因可引起正常细胞变异为癌细胞


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(二)肿瘤细胞体外培养中的特征

1、原代细胞

脊椎动物的正常细胞

临界现象,生长数代后死亡

帖壁依赖性

生长因子依赖性

接触抑制

2、永生化细胞系

没有临界点,永生化

帖壁依赖性

生长因子依赖性

接触抑制

无致癌性


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3、转化的细胞或 肿瘤细胞株

无临界点,永生化

无帖壁依赖性

无生长因子依赖性

无接触抑制

有致癌性


Mgc7901

人胃癌细胞MGC7901


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H22小鼠肝癌细胞


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插入绿色荧光蛋白的小鼠黑色素瘤细胞


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接种H22肝癌细胞的小鼠


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第一节 原癌基因

  • 癌基因oncogene:能使靶细胞发生恶性转化的基因

  • 病毒癌基因v-onc:

    病毒基因组中能诱发肿瘤的核酸片段.如v-Src

  • 原癌基因(细胞癌基因)c-onc:

    与癌基因同源、正常细胞内调控生长和分化的基因,变异后成为癌基因。


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一、癌基因的发现

(一)病毒癌基因v-onc

  • 1910年Rous发现鸡肉瘤病毒RSV的致癌作用

  • 1975年从RSV中分离到src癌基因

  • 致癌病毒分RNA病毒、DNA病毒

  • 致癌病毒以RNA病毒即逆转录病毒为主


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DNA肿瘤病毒

主要DNA肿瘤病毒类型:

  • 多瘤病毒:使小鼠致瘤

  • 人类乳头瘤病毒HPV:可引起子宫颈癌

  • 腺病毒:致瘤性弱,改造后是基因治疗载体


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逆转录病毒

Virus RNA

1、逆转录

逆转录酶RT

RNA-DNA 杂交体

dsDNA

整合到宿主细胞DNA中随细胞分裂复制,传到下一代

转录

宿主RNA、 Virus RNA

翻译

病毒蛋白质

合成宿主自身蛋白质


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2、逆转录病毒转化类型

  • 急性转化型

    感染短期内致癌

    癌基因在病毒基因组内,但不插在结构基因中

    有体外使细胞转化能力

  • 慢性转化型

    感染后长时间才致癌

    病毒基因组不含癌基因

    无体外转化细胞的能力


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(二)细胞癌基因(原癌基因)

  • 发现

    用 Ras基因突变体转染NIH3T3,使之成为转化细胞

  • 原癌基因

    能激活为癌基因的正常细胞基因


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(三)病毒癌基因的来源与特点

  • 来源:

    细胞癌基因

    例如RSV的Src癌基因,所有脊椎动物DNA都含有近似病毒癌基因的基因

  • 特点

    1.缺失内含子

    2.转录由病毒的长末端重复序列LTR控制, LTR是强的增强子,可使转录高水平进行

    3.多数已发生突变,例如病毒癌蛋白常缺失原癌蛋白的羧基而有转化活性


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RNA肿瘤病毒诱导细胞转化的途径

Visrus RNA

RT

cDNA

整合

宿主DNA

转录、翻译、包装、捕获

Visrus RNA

逆转录

突变

不含癌基因

病毒癌基因

整合、重排、插入

整合、恶性转化

LTR 癌基因

LTR 癌基因


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逆转录病毒转导原癌基因的三种模型

  • 直接包装

  • 整合重排剪接

  • 在反转录中突变

    1、直接包装了癌基因成为急性转化型

    2、整合时,插入突变激活了原癌基因,或使抑癌基因失活;或因病毒有强大的启动子\增强子, 从而大大提高整合位置附近的原癌基因表达水平;或包装了原癌基因,重排剪接激活原癌基因

    3、在逆转录中原癌基因突变为癌基因,因为逆转录酶合成DNA的 差错率很高;或包装时使旁边的原癌基因或抑癌基因缺失部分序列


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二、癌基因和原癌基因

原癌基因

  • 特点:广泛存在于正常真核细胞基因组中的正常基因,

    高度保守,看家基因,在生长分化发育中起重要作用

    表达受严格调控和时空限制

    未激活时无致癌活性,对正常细胞无害,在某些因素作用下,发生数量上或结构上的变化时,才引起细胞癌性转化

  • 生理功能

    调节细胞生长增殖,常为生长因子或其受体基因

    调节细胞发育分化,调节胚胎器官发育,调节细胞凋亡


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三、癌基因的命名四、癌基因的分类

  • 表达产物的定位

  • 基因结构

  • 表达产物生理功能

    1.src家族

    2.ras家族

    3myc家族

    4.erb家族

    5.bcl-2家族


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癌蛋白的生理功能

癌蛋白:癌基因的表达产物,使细胞增殖分化失常而癌变

1.与生长因子或生长因子受体有关——erbB

2.与信号转导途径相关:

与酪氨酸蛋白激酶信号转导途径相关——src

与鸟苷酸结合蛋白(G蛋白)相关——ras\P21

3.转录因子:myc家族

4.细胞周期、细胞凋亡调控:bcl-2抑凋亡基因

bax促凋亡基因


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五、原癌基因的激活与癌

1.基因突变(gene mutation)

点突变、基因扩增、基因重排、插入/缺失、DNA甲基化和去甲基化

2、基因突变结果

结构异常:表达癌蛋白

表达异常:原癌基因的编码基因正常但表达过高,

获得强启动子与增强子


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六、几种主要的原癌基因

  • ras基因:信号转导蛋白中的小G蛋白

    H-ras,K-ras,N-ras

    rasD癌基因:点突变为主要激活方式

    肿瘤检出率为10%-15%

    RasD水解GTP下降,处于激活状态,

    不与信号物质结合也传递生长信号

  • myc基因:核转录因子,与DNA结合

  • bcl-2基因:膜蛋白,抑凋亡,与myc协同抑制p53


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第二节 抑癌基因

一、抑癌基因的发现

  • 细胞融合技术,肿瘤细胞 与正常细胞融合,成瘤能力受抑制

  • 视网膜母细胞瘤

    家族缺乏Rb基因

    二次打击学说:等位基因之一突变来自 亲体,第二次突变是体细胞突变,纯合缺陷导致肿瘤


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二、抑癌基因的定义

  • 是一类存在与正常细胞内、调控细胞生长,具有潜在抑癌作用的基因


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抑癌基因的特点

抑制细胞增殖、诱导分化凋亡,对生长负调

抑制原癌基因的过度激活、表达,

突变、缺失可引起细胞恶性转化而导致肿瘤发生,突变后成为癌基因


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二、抑癌基因的分类和功能

Rb,p53, p16, APC, DCC, MCC, BRCA, DPC4

  • 转录因子,细胞周期调控: Rb,p53

  • 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白:p15,p16

  • 细胞黏连:DCC

  • DNA修复:BRCA


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Rb P105

与转录因子(E-2F)结合

G0/G1期

P105— E-2F

无活性

P105-磷酸化

S期

P105-P

E-2F

活性

细胞增殖

RB基因——视网膜母细胞瘤基因

  • 作用是抑制增殖,诱导分化凋亡

  • 编码P105蛋白,非磷酸化为活化型


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P53基因——基因组的保护神

  • 与肿瘤相关性最高的基因

  • 野生型为抑癌基因,突变型为癌基因

  • 11个外显子,5、8外显子发生点突变

  • 野生型半衰期很短,免疫化学测出来的都是突变型

  • 作用是抑制增殖,诱导分化凋亡

  • P53突变的肿瘤预后差


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P16(衰老基因)

  • 黑色素瘤细胞中首先发现

  • CDK4的抑制蛋白,CDK4使Rb磷酸化失活,从而抑制细胞增殖

  • Cyclin-D与之竞争结合CDK4,促细胞增殖


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细胞衰老主导基因P16的作用机理及其负调控

  • 细胞衰老是生物衰老的基本单位,老年病的发病基础.童坦君等在国际上初步阐明了细胞衰老主导基因p16影响衰老进程的机制,以及它在衰老过程中高表达的原因.

  • 细胞衰老过程中p16基因表达比年轻时高10—20倍,在国际上纷纷认为它是细胞衰老主导基因。将其重组载体导入人成纤维细胞,结果细胞衰老加快;又将其反义重组载体导入细胞,抑制p16表达.结果细胞增值能力增强与衰老表征出现减慢,DNA损伤修复能力增强与端粒缩短减慢,可传代数增加20代。分析原因,发现抑制p16并未激活端粒酶,但可促进抑癌基因Rb蛋白的磷酸化,因此,抑制p16的延缓衰老作用与端粒酶无关,与抑癌基因Rb蛋白因磷酸化而失活有关,从而初步阐明了p16影响衰老进程的机制.


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  • p16在细胞衰老中起重要作用,它在衰老时为何表达异常增强。以人成纤维细胞为对象究其原因,发现位于p16基因翻译起始信号ATG以远上游—491——485 bp处,存在序列为GAAGGT,命名为ITSE的负调控元件.年轻细胞存在24kD的负转录因子与ITSE结合,抑制表达,衰老时趋于消失.ITSE及24kD蛋白均属新发现.

  • 由此阐明细胞衰老主导基因p16在衰老过程中高表达的原因之一,是基因负调控机制减弱,表现为负转录因子减少.

  • 为检验ITSE是否确是负调控元件,用缺失突变,删除该元件,观察p16表达状况.定点缺失突变证明:p16基因调控区在删除包括ITSE的区段后(测序证明其确实已删除),启动活性反而增强.由此证明ITSE确实是负调控元件.

  • P16基因与端粒长度决定细胞衰老的关键上游因素


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nm23

  • 肿瘤转移抑制基因,最有应用前景

  • nm23蛋白

    参与微管聚合,影响细胞骨架形态,细胞运动与黏附,参与信号转导

  • Nm23变异

    使微管聚合,形成非整倍体肿瘤细胞,影响细胞骨架引起细胞运动,参与浸润转移,


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结直肠癌相关的抑癌基因

  • APC:一个等位基因突变在腺瘤阶段

    两个等位基因突变在腺癌阶段

  • DCC:多发性肠腺瘤后期50%突变

    结直肠癌70%突变

    与细胞黏附和通讯有关

  • MCC:与结直肠癌、肺小细胞癌相关

  • 早期腺瘤→中期腺瘤→后期腺瘤→腺癌→转移

    APC/MCC R-ras DCC P53 MMR


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乳腺癌相关的抑癌基因

  • BRCA-1:转录因子。乳腺癌和卵巢癌50%突变

  • BRCA-2:早发性乳腺癌


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第三节 原癌基因和抑癌基因调控细胞增殖

一、参与信号转导

编码生长因子或其类似物

sis编码PDGF的类似物

编码生长因子受体

erbB编码EGF受体


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二、参与细胞周期调控

细胞周期调控机制

  • 细胞周期蛋白Cyclin

    Cyclin有8类11种,含量随细胞周期而变化

  • 细胞周期蛋白依赖性激酶CDK

    与Cyclin结合后表现蛋白激酶活性,含量稳定,催化不同的Cyclin磷酸化,启动调控细胞周期

  • 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白CDKI

    和CDK 或Cyclin -CDK结合,抑制CDK


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原癌基因和细胞周期调控

  • 一些原癌基因产物就是Cyclin

  • 一些原癌基因产物诱导Cyclin表达

  • 一些原癌基因产物调节CDK活性

  • 一些原癌基因产物是Cyclin, CDK底物


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抑癌基因和细胞周期调控

  • 作为CDKI:p15、p16、p21和p27

  • 通过CDKI抑制细胞周期 :p53,Rb


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第四节、肿瘤发生与多基因协同作用

  • 增殖、分化或凋亡异常

  • 多基因突变,两个以上功能完全独立的癌基因激活或抑癌基因失活才致癌

    一个是胞核癌蛋白、与细胞永生化相关,如myc

    一个是胞质癌蛋白使肿瘤表型充分表达,如ras

  • 正调和负调基因突变,癌基因和抑癌基因的协同致恶变——多基因协同假说

  • 息肉/早期腺瘤→中期腺瘤→后期腺瘤→腺癌→转移

    APC/MCC R-ras DCC P53 MMR


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