【医学课件】 肿瘤分子生物学

2021/1/10
（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
2021/1/10
（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
• 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
【医学课件】 肿瘤分子生物学
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
2021/1/10
严格选择配对碱基
2021/1/10
插入绿色荧光蛋白的 小鼠黑色素瘤细胞
2021/1/10
接种H22肝癌细胞的小鼠
2021/1/10
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vSrc
• 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。
；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
2021/1/10
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，
Visrus RNA
逆转录
不含癌基因 整合、重排、插入
LTR 2021/1/10
癌基因
突变 病毒癌基因
整合、恶性转化
LTR 癌基因
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
• 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
2021/1/10
（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
2021/1/10
（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
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2021/1/10
• 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 ．
2021/1/10
2021/1/10
1、逆转录
逆转录病毒
Virus RNA 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
合成宿主自身蛋白质
病毒蛋白质
2021/1/10
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
3’-5’外切酶活性
2021/1/10
（三）突变与修复
（1）引起突变的因素 化学、物理、生物
2021/1/10
（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 ）
• 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．
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
2021/1/10
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
2021/1/10
人胃癌细胞MGC7901
2021/1/10
H22小鼠肝癌细胞
2021/1/10
2021/1/10
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
2021/1/10
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
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
2021/1/10
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
2021/1/10
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．
• 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
2021/1/10
RNA肿瘤病毒诱导细胞转化的途径
Visrus RNA
RT
cDNA
整合
宿主
转录、翻译、DNA
包装、捕获
2021/1/10
• 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．
2021/1/10
2021/1/10
2021/1/10
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
2021/1/10
二、抑癌基因的定义
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
2021/1/10
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
• 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
2021/1/10
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
2021/1/10
二、抑癌基因的分类和功能
Rb, p53, p16, APC, DCC, MCC, BRCA, DPC4
DCC
P53
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
2021/1/10
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
2021/1/10
• 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
2021/1/10
（4）整体修复
多基因突变
细胞转化
启动整体修复
• 细胞凋亡: 程序化死亡.生理性死亡 • 免疫系统
2021/1/10
与框移突变/移码突变 （frame-shift mutation ） 3. 重排（ rearrangement）
2021/1/10
（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
S期
P105-磷酸化
P105－P
E-2F 活性
2021/1/10
细胞增殖
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
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 MMR 2021/1/10
• 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
2021/1/10
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
Rb P105
G0/G1 期
与转录因子(E-2F)结合 P105— E-2F 无活性
• P16基因与端粒长度决定细胞衰老的关键上游因素
2021/1/10
nmபைடு நூலகம்3
• 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，
2021/1/10
bax促凋亡基因
2021/1/10
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
2021/1/10
六、几种主要的原癌基因