发现逆转录病毒癌基因

1. 发现逆转录病毒癌基因 Varmus和Bishop荣获1989年诺贝尔医学奖

2. 一　作者简介 • 二 摘要 • 三 细胞癌基因的发现 • 四　癌基因的分类及其比较 • 五　癌基因的激活机制 • 六　原癌基因的产物与功能 • 七 展望

3. 一： 作者简介

4. Harold E. Varmus University of California School of Medicine San Francisco, CA, USA J. Michael Bishop University of California School of Medicine San Francisco, CA, USA

5. 二：摘要（Summary) • 逆转录病毒癌基因来片正常细胞中的相关基因，这种正常、未改变的细胞基因也称原癌基因（proto-oncogenes）。它可被转导入逆转录病毒而活化成病毒癌基因（v-onc）

6. 三：癌基因的发现

7. 1：癌基因概念产生的历史背景 • 1910年Peyton Rous 发现了致癌病毒Rous肉瘤病毒 • 1970年Temin等发现了RNA病毒感染的关键物质逆转录酶 • 1970年Martin等发现了病毒癌基因(src) • 1971年Duesberg等揭示了Rous肉瘤病毒基因组

8. 2：实验过程： • 他们的实验设计得既巧妙又细致；将一些劳斯肉瘤病毒的癌基因去掉后，再注射入鸡体内，以后收集感染细胞中复制出来的病毒颗粒。令人惊奇的是，其中绝大部分重新获得了癌基因。将这些重新组合的病毒再次感染鸡细胞，竟同天然的劳斯肉瘤病毒一样，具有充分的致癌能力。那么，这个癌基因到底是从哪里来的呢？毕晓普等进一步研究表明，癌基因是脊椎动物本身固有的遗传结构的一部分。去掉了癌基因的劳斯肉瘤病毒在鸡体内重组时将鸡细胞内原有的癌基因俘获过来，于是产生的子代病毒就完整如初了。

10. 为了彻底了解癌基因和致癌病毒之间的微妙关系，他们又采用基因工程手段，直接分离出细胞中的癌基因，并将它接上一个病毒的启动子（promotor），再引入细胞后，就会象致癌病毒一样，能够致癌。这就证明，动物细胞中确实存在着癌基因，这个基因在病毒的指令下，同样可以使细胞发生癌变。毕晓普和瓦穆斯还从另一个角度来验证这一问题，他们将病毒的癌基因分离出来，标记上放射性核素作为探针，与各种动物细胞DNA分子杂交，结果发现在许多动物的DNA中含有与病毒癌基因相一致的核苷酸区域。为了彻底了解癌基因和致癌病毒之间的微妙关系，他们又采用基因工程手段，直接分离出细胞中的癌基因，并将它接上一个病毒的启动子（promotor），再引入细胞后，就会象致癌病毒一样，能够致癌。这就证明，动物细胞中确实存在着癌基因，这个基因在病毒的指令下，同样可以使细胞发生癌变。毕晓普和瓦穆斯还从另一个角度来验证这一问题，他们将病毒的癌基因分离出来，标记上放射性核素作为探针，与各种动物细胞DNA分子杂交，结果发现在许多动物的DNA中含有与病毒癌基因相一致的核苷酸区域。

11. 实验结论： • 毕晓普和瓦穆斯的实验结果证实了不是由于病毒的侵入导致癌基因进入宿主细胞，病毒癌基因起源于高等动物细胞的基因组，也就是说，在病毒感染宿主细胞时，病毒从宿主细胞俘获了癌基因。鉴于这些基因是病毒癌基因的产体，故称之为“原癌基因”（proto -oncogene）或“细胞癌基因”（cellular oncogene,c-onc）。在正常情况下，癌基因以其自身原癌基因这种非活化的形式存在，它们作为每个细胞基因组中的正常成分，为细胞正常生存所必需的蛋白质编码。当这种原癌基因突变成癌基因时，就可能产生细胞癌变。

12. 四：癌基因的分类及比较1 ： 分类

13. 癌基因最初是在以Rous肉瘤病毒(RSV)为代表的一些逆转录病毒中发现的。这种存在于病毒基因组的基因不编码病毒的结构成分，对病毒的复制亦无作用，虽然在正常情况下，这些病毒基因并无活性，但一旦受到外界刺激如辐射、化学致癌剂等的影响，就会全部或部分活化，而具有诱导肿瘤发生的作用。提取这类病毒的核酸片段进行转化实验，同样能使正常细胞向癌细胞转变，因而将这种病毒的核酸片段即病毒所携带着的致转化基因，称为病毒癌基因。癌基因最初是在以Rous肉瘤病毒(RSV)为代表的一些逆转录病毒中发现的。这种存在于病毒基因组的基因不编码病毒的结构成分，对病毒的复制亦无作用，虽然在正常情况下，这些病毒基因并无活性，但一旦受到外界刺激如辐射、化学致癌剂等的影响，就会全部或部分活化，而具有诱导肿瘤发生的作用。提取这类病毒的核酸片段进行转化实验，同样能使正常细胞向癌细胞转变，因而将这种病毒的核酸片段即病毒所携带着的致转化基因，称为病毒癌基因。 病毒癌基因 细胞癌基因 正常细胞内也存在病毒癌基因的同源序列，这类基因被称为细胞癌基因。因为这类基因是存在于正常细胞当中，并具有促进正常细胞生长、增殖、分化和发育等生理功能，为了与被激活后能使细胞恶性转化的癌基因区分开来，而将正常细胞内未激活的癌基因称为原癌基因。

14. 2：比较

15. 1）：从逆转录病毒感染宿主细胞后 的复制周期分析

16. 长末端 重复序列 正常的病毒基因 癌基因 LTR gag pol env src LTR 调节和 启动转录 产生酪氨酸 激酶 产生病毒 外膜蛋白 产生病毒 核心蛋白 产生逆转录 酶和整合酶 *病毒基因组结构

17. v-onc原本不是病毒的基因，而是动物细胞正常基因的一个复本。当病毒在宿主细胞内复制时，由于DNA重组而将宿主细胞基因中带有v-onc的序列重组到病毒的基因组内。所以说c-onc是v-onc原型，又称为原癌基因（proto-oncogene）。v-onc原本不是病毒的基因，而是动物细胞正常基因的一个复本。当病毒在宿主细胞内复制时，由于DNA重组而将宿主细胞基因中带有v-onc的序列重组到病毒的基因组内。所以说c-onc是v-onc原型，又称为原癌基因（proto-oncogene）。 目 录

18. 2）：从二者结构的比较

19. 从结构上看c-onc是间断的，这是真核基因的特点，即有内含子因而基因的跨度较大。然而v-onc却是连续的，没有内含子，所以基因跨度较小从结构上看c-onc是间断的，这是真核基因的特点，即有内含子因而基因的跨度较大。然而v-onc却是连续的，没有内含子，所以基因跨度较小

20. 五：癌基因的激活机制 细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活,导致基因表达或过表达,从而使细胞癌变,不同的癌基因激活的机制与途径不同,一般分为5类:

21. gag pol env Retrovirus without oncogene LTR LTR Viral RNA A Packaging Of rotrovirus Replication Defection Replication Compotont LTR LTR gog pol env gog  pol env LTR LTR Protooncogene “captured” from host cell genome 1．逆转录病毒转导Transduction via retroviruses

22. LTR LTR LTR LTR LTR LTR transcription transcription host DNA host DNA C B C B Cellular proto-oncogene Cellular proto-oncogene Enhancer effect Enhancer effect transcription transcription transcriotion transcriotion host DNA host DNA Cellular proto-oncogene Cellular proto-oncogene 2．控制元件插入Controling element insertion 逆转录病毒感染细胞后，病毒DNA插入宿主细胞染色体DNA（插入突变）

23. RET mutation 综合症 1 1114 错义（e.g. codon 609） 错义（e.g. codon 918） 无义缺失、框架移动 错义(e.g. codon 620) Ecto Tm Cyto 3．点突变Point mutation典型实例ras癌基因：p21 ras密码子12，61是突变“热点”。 膀胱癌、肺癌、乳腺癌和神经母细胞瘤 甲状腺癌RET基因突变

24. 9 der 9 Der (22) 22 Ph’ DNA RNA Protein 5’ 3’ q11.2 22q11.2 9q34 abl 5’ 3’ 9q34 22q11.2 q34 abl 4．染色体移位Chromosomal translocation不同染色体的一部分合并，造成基因重排、表达增加。Burkitt淋巴瘤：chromosome 8q(c-myc)  14.2.22 c-myc 活化 慢性髓细胞性白血病(CML)：chromosome 9大部位(c-abl)  chromosom22一段，c-abl基因活化

25. 5 基因扩增（gene amplification） 细胞学： 均质染色区（HSR）—染色体某个节段、 相对解旋、浅染区,染色体增长。 双微体（DM）—扩增的DNA脱离染色 体、分散、成双的染色质小体 分子水平： 基因拷贝倍增

26. 六、原癌基因的产物与功能 • （一）细胞外生长因子 • （二）跨膜的生长因子受体 • （三）细胞内信号传导体（蛋白） • （四）核内转录因子

27. growth factors growth factor receptors GTPase proteins 细胞丝苏 氨酸激酶 鸟(嘌呤核)苷酸 交换蛋白 cytoplasmic Membrane associated Tyrosine kinases nuclear transcription factors 基因产物在细胞中的定位

28. 目 录

29. 生长因子作用机制 与膜受体结合 与胞内受体结合 酪氨酸激酶活化 产生相应第二信使 生长因子 –受体复合物，活化相关基因 胞内相关蛋白质被磷酸化 蛋白激酶活化 核内转录因子活化 基因转录

30. 肿瘤的发生 • 肿瘤的发生是一个复杂的多步骤过程 环境因素 遗传因素 • 细胞生长与增殖的基因调控 正调控信号（癌基因） 负调控信号（抑癌基因）

31. 正常细胞为什么会转化成肿瘤细胞？ 化学因素 物理因素 内源性因素 遗传因素 外源性因素 基因异常 致瘤病毒 肿瘤细胞 霉菌毒素 正常细胞 肿瘤细胞

32. 七：展望 • 2006年8月，由美、英两国发起的癌症基因组计划在美国正式宣布启动。国际人类基因组计划总协调人弗朗西斯·柯林斯说，作为人类基因组计划向医学等实践领域的延伸，癌症基因组计划将有助于人类真正破解癌症致病的机理。

33. 根据癌症基因组计划的建议书，该计划预计用9～10年的时间完成，预计耗资13.5亿美元，将对1.25万份肿瘤样本进行基因测序，涉及50种类型的癌症，其中每种类型约有250份肿瘤样本。根据癌症基因组计划的建议书，该计划预计用9～10年的时间完成，预计耗资13.5亿美元，将对1.25万份肿瘤样本进行基因测序，涉及50种类型的癌症，其中每种类型约有250份肿瘤样本。 • 　　研究人员希望通过对不同肿瘤样本的基因信息及与健康组织基因信息的比较研究，发现引起癌症的基因突变线索，包括基因致癌的机理等重要信息，进而为癌症的诊断、预防与治疗提供全面的、有价值的科学线索。