新疆大学 生 命 科 学与 技 术 学 院 新疆生物资源基因工程国家重点实验室基地 马正海 E-mail: mzhxju@sohu Tel:0991-8583259

1. Molecular Biology 第八章 疾病与人类健康 新疆大学 生 命 科 学与 技 术 学 院 新疆生物资源基因工程国家重点实验室基地 马正海 E-mail: mzhxju@sohu.com Tel:0991-8583259

2. 普通人注意到那些不常见的事情，称之为奇迹；聪明人才会注意那些常见的事情，发现其中的奥秘。 ——孔子 狭义的分子生物学 广义的分子生物学 分子水平阐明生命现象 蛋白异常 分子水平 基因异常 内因 RNA异常 细胞分化 个体发育 基因的本质及其功能 细胞水平 精巧 疾病的发生 物理 化学 外因 生理 第九章 病理 第八章 生物 组织水平 …… 免疫缺陷过度免疫 适度免疫 免疫 个体、群体

3. 第八章 疾病与人类健康 健康：机体是众多对立生理过程和物质的相对统一体，健康是这些过程和物质相互作用而维持的机体相对稳定的生命过程（稳态）。 疫病：机体在一定的条件下与病因相互作用，因稳态调节异常而发生的一种异常生命过程（稳态的破坏） 。

4. 现代科学认为，疾病的发生直接或间接与基因有关现代科学认为，疾病的发生直接或间接与基因有关 经典单基因病 人类疾病都是：“基因病” 多基因病 获得性基因病 • 经典单基因病：主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因； • 多基因病：涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用； • 获得性基因病：主要是由病源微生物感染引起的传染病。

5. 主要内容 8.1 肿瘤与癌症 8.2 人免疫缺陷病毒——HIV 8.3 乙型肝 炎病 毒 ——HBV 8.4 基因治疗

6. 8.1 肿瘤与癌症 肿瘤（tumor，neoplasm）：机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致克隆性异常增生而形成的新生物。 良性肿瘤：组织来源+瘤 恶性肿瘤： 上皮组织的恶性肿瘤：组织来源+癌：部位+良恶性　癌症 （Cancer ）既上皮组织的恶性肿瘤 间叶组织的恶性肿瘤：组织来源+肉癌 骨髓白细胞的恶性肿瘤：白血病（血癌）

7. 全世界每年约有1000万人新患癌症，有600万人死亡。全世界每年约有1000万人新患癌症，有600万人死亡。 • 中国每年约有170万人新患癌症，有120万人丧生。 • 癌症已分别成为城市和农村第一和第三位的死亡原因。 • 人类面临着尽快征服肿瘤的艰巨任务。

8. 癌基因发现的足迹

9. 癌症的发生与外部因素有关 1775年，伦敦医生波特（perCIV.lp.ti），扫烟囱的男工上阴囊癌，首次提出癌症与特殊因素或环境有密切关系。 德国东部的沥青铀矿矿工患肺癌 X线打交道的人皮肤癌和白血病 吸烟人群肺癌发病率比不抽烟的人群高20至30倍 20世纪初，日本山际克三郎，兔子耳朵反复涂抹煤焦油几个月皮肤癌（美国：3一甲基胆蒽和二甲苯丙蒽致癌） 特殊因素能够诱发癌症 遗传学家：X线和化学物质能导致基因突变。

10. The Ames test for mutagenicity. Salmonella bacteria require histidine in the medium because of a defect in a gene necessary for histidine synthesis. Mutagens can cause a further change in this gene that reverses the defect, creating revertant bacteria that do not require histidine. the bacteria also have a defect in their DNA repair machinery that makes them especially susceptible to agents that damage DNA.

11. 化学物质和X线 细胞癌化的基本环节和检测标准？ 基因突变 癌症（组织细胞增生） 组织细胞衰竭 基因突变导致癌症发生？？

12. 化学物质 高度诱变细菌的作用（-） 有效诱发啮齿类动物肿瘤（-） 致癌物质—诱变因素理论：诱变因素损害基因导致癌症。 问题：如果以上理论成立，癌细胞必定携有突变基因，必须找到这些突变基因。（化学致癌物细胞中所有DNA）

13. tumors can be caused by viruses 1909; Peyton Rous discovered a virus that causes cancer in chickens (sarcoma) The causitive agent now known as "Rous Sarcoma Virus" (RSV) Rous awarded Nobel Prize in 1966 Peyton Rous

14. remove tumor & prepare cell-free extract Sarcoma Sarcoma Avian Sarcoma Virus (ASV)

15. Rous sarcoma virus (RSV) compared to avian leukosis virus (ALV) Fig 3.1 Oncogenes (Cooper)

16. Martin Isolation of Temperature-Sensitive Mutants of RSV 解释：致癌的基因突变，相应的蛋白在较高温度时丧失功能。 Fig 3.3 Oncogenes (Cooper)

17. Vogt Isolation of Transformation-Defective Mutants of RSV 推想：病毒的基因有两部分（病毒的繁殖和致癌的基因），致癌的基因突变使病毒失去致癌能力，但不影响其增殖。 Fig 3.2 Oncogenes (Cooper)

18. LTR LTR GAG POL ENV The Rouse sarcoma virus genome Transforming RSV LTR LTR GAG POL ENV Transformation-Defective (- "td" )Mutants of RSV - "td" mutant had deleted ~15% of its RNA genome

19. LTR LTR GAG POL ENV LTR LTR LTR LTR GAG POL ENV GAG POL ENV the Discovery of Oncogenes Transforming RSV 法国：斯蒂朗 加利福尼亚：彼绍波、法莫斯 Transformation-Defective Mutant Reverse transcription DNA LTR GAG POL ENV L T R RNAse src Rouse sarcoma virus Varmus Bishop

20. 癌基因 癌基因：是一类与肿瘤发生和发展密切相关的基因，在体外可促进细胞转化，在体内可诱导肿瘤的发生，其蛋白产物可促进细胞的增殖。 癌基因可分为两大类： 病毒癌基因（virus oncogene, v-onc.） 目前发现的病毒癌基因有30多种，而且认为他们最初来自细胞癌基因。 细胞癌基因（cellular oncogene, c-onv） 通过分子杂交和细胞转染实验等技术发现细胞癌基因。目前发现的细胞癌基因有100多种，其中部分在病毒中存在。

21. Retrovirus Structure 8.1.1 反转录病毒致癌基因（P294）

22. binding (fusion) (membrane-associated protein) Structure of retrovirus

23. LTR (long terminal repeat) =U3-R-U5 retrovirus genome Diploid RNA

24. Life Cycle of Retrovirus Fig 6-82, MBOC

25. Life cycle of the Rous sarcoma virus

26. gag pol env gag pol env LTR LTR LTR LTR Retroviruses Activate c-onc’s Proto-oncogene Host Chromosome Viral Genome Promoter insertion Enhancer insertion Retroviruses can Transform by Insertional Mutagenesis -insertion of retroviruses into proto-oncogene locus -LTR promoter or enhancers activate c-onc expression

27. 8.1.1.1 急性转化型和非急性转化型（P295） • 根据反转录病毒的转化细胞的能力将其分为： • 急性转化型和非急性转化型 • 急性转化型主要特征： • 1.感染后很短时期（几天或几周）就出现实体瘤或白血瘤； • 2.所带的癌基因一般位于病毒基因组的内部，也可位于基因组的3‘端，但不会插入结构基因内部； • 3.具有体外转化能力。 • 非急性转化型感染寄主细胞后需要较长时间（几个月或几年，甚至数十年）后才会致癌。

29. LTR LTR SRC GAG POL ENV LTR LTR GAG POL ENV Transformation-Defective Mutants of RSV 8.1.1.2 v-onc基因的起源（P296） Transforming RSV

30. LTR LTR GAG Sarcoma POL ENV Transformation-Defective Mutants of RSV Avian Sarcoma Virus (ASV) 花房秀三郎 LTR SRC LTR GAG POL ENV Transforming RSV

31. Southern Blots Probed with viral src Gene Revealed Cellular Origin of Oncogenes Infected Infected Uninfected chicken chicken #1 chicken #2 (Negative Control) v-src c-src Proto-oncogene SURPRISE!

32. Retroviral Oncogenes Closely Related to Normal Cellular Genes

33. v-src is Derived From a Host Cell Gene, c-src c-src is a proto-oncogene

34. 原癌基因（protooncogene） 概念： 正常细胞中存在癌基因，在正常情况下它们不具有致癌作用，但在一定情况下被激活后可变成具有致癌作用的癌基因，在正常情况下它们不但无害，而且对细胞的发育、生长和分化的调节起重要作用。

35. 已发现的反转录病毒癌基因 v-onc     病毒名称                     动物品种abl       Agelson白血病                       小鼠akt       AKT8病毒                             小鼠 cbl       Cax NS-1                             小鼠crk      CT10肉瘤                              鸡erbA    禽类成红血细胞增生症ES4      鸡erbB    禽类成红血细胞增生症ES4      鸡ets      禽类成细血细胞增生症E26       鸡fes      Gardner-Arnstein猫肉瘤             猫fgr      Gardner-Rasheed猫肉瘤             猫fins     McDonough猫肉瘤                    猫fos      FBJ小鼠成骨肉瘤                     小鼠fps      Fujinami肉瘤                          鸡jun     禽类肉瘤17                            鸡kit       Hardy-Zuckerman猫肉瘤           猫maf     禽类肉瘤AS42                          鸡  . . . . . . v-onc     病毒名称                     动物品种mos       Moloney肉瘤                           小鼠mpl      骨髓增生性白血病                   小鼠myb       禽类髓母细胞增生症                鸡myc       禽类髓细胞瘤病                      鸡qin         禽类肉瘤31                          鸡raf          3611小鼠肉瘤                         小鼠rasH       Harvey肉瘤                           大鼠rask     Kirsten肉瘤                           大鼠rel          网状内皮增生症                      火鸡ros          UR2肉瘤                               鸡sea         禽类成红血细胞增生症S13      鸡sis          猿猴肉瘤                               猴 ski          禽类SK                                 鸡src          Rous肉瘤                               鸡yes          Y73肉瘤                                鸡 . . . . . 人？

36. 癌基因 理化因素致癌 癌基因???? (动物)致癌病毒 人的癌

37. 人类癌基因的分离 Shear Tumor DNA Transfect Cell NTH3T3 CELL Transfect Cell mRNA cDNA library Transformed Phenotype 麻省工学院，温伯格（weinberg)，EJ膀胱癌细胞，1981.8.27获得癌基因 哈佛大学，库柏（cooper)，T24 EJ膀胱癌细胞，1981.9.30获得癌基因 哥伦比亚大学，威格勒（wigler)，T24 EJ膀胱癌细胞！！ 美国国立癌研究所，巴巴希德，膀胱细胞，1981.11获得癌基因

38. 癌基因成为癌研究的核心 膀胱癌 肺癌 癌基因 病毒癌基因 大肠癌 ras

39. 1989年诺贝尔生理医学奖得主 美国人M.Bishop 与美国科学家Varmus因在70年代发现动物的致癌基因不是来自病毒而是来自动物体内正常细胞内所存在的一种基因──原癌基因而获1989年诺贝尔奖。 Bishop Varmus

42. Oncogene 是否合适? Oncogene只是为了使机体发生癌症而存在吗？ • proto-oncogene从最简单的生物到人的细胞中都原封不同地存在 • roto-oncogene与生命的最基本活动密切相关 • Oncogene function?

43. 8.1.2 原癌基因产物及其分类（P298） • 原癌基因的特点： • 广泛存在于自然界 • 在进化上高度保守 • 是调节细胞生长、发育和分化的重要蛋白质 • 在结构上与病毒癌基因相近 • 正常情况下表达水平很低 • 在一定条件下可被激活成癌基因

44. 原癌基因的五大功能 • 细胞增殖因子（如sis(PDGF-β）) • 增殖因子等的受体（如erbB，trk） • 蛋白磷酸化酶（如src） • G蛋白如ras家族中的 H-ras，K-ras， • 转录因子如myc家族，fos家族，Jun家族，

45. Regulation of cell division by signal transduction 磷酸化酶 G 蛋白

46. proto-oncogenes play a role in the pathways that transmit growth signals from the extracellular environment to the cell interior. • Others include (1) DNA repair genes (2) Apoptosis-related genes

47. normal translocation amplification point mutation deletion 8.1.3 原癌基因的表达调控（P298） • 原癌基因：单拷贝、正常情况下低水平表达或根本不表达癌基因？？（功能或表达异常）

48. Conversion of a protooncogene into an oncogene ——Possible Molecular Mechanisms for Cancer protooncogene Deletion or point mutation in coding sequence Chromosome rearrangement Gene amplification Hyperactive protein made in normal amounts Normal protein greatly overproduced Fusion protein is hyperactive Near strong enhancer overexpression of normal protein

49. 1.点突变

50. Normal Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Gly Gly…… RasH ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT... GTC Activated Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Val Gly…… EJRasH Activation of ras Oncogenes by Point Mutations 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 • Ras mutations in tumors usually involve codons 12, 13, 59 and 61. • Mutated ras is found in 50% of colorectal cancers（结肠直肠癌）and 95% of pancreatic cancers（胰腺癌）.