第七章+基因与人类疾病

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基因组含三个结构基因: gag基因(病毒核心蛋白基因) pol基因(反转录酶基因) env基因(病毒外膜糖基因)
Gene organization of a retrovirus
gag
pol
env
5’
3’
Gene organization of a transforming retrovirus
细胞肺癌、乳腺癌、食道癌…
• 关于抑癌基因如何起作用所知甚少,总体上总对生长起着 控制作用,是一类生长控制基因或负调控基因,若功能丧 失则失去负调控,细胞只能接受正调控信号,抑癌基因产 物的功能多种多样。
发现生长因子
信号处理系统
癌基因与抑癌 基因的搏斗
+ 癌基因的产物(癌蛋白)
生 长受 因体 子

癌症多步 起源说
癌细胞
正常细胞
发现肿瘤抑制基因
推测 正常细胞 可能存在抑制肿 瘤形成的基因
融合 正常细胞
癌症多步 起源说
活性Rb Rb
失活
无活性Rb Rb
发现肿瘤抑制基因
说明 Rb基因具有抑
制肿瘤发生的作用
经视 胶网 质膜 瘤神
1986,美国眼科医 生Dryla发现……
癌症多步 起源说
发现肿瘤抑制基因
(3)抑癌基因
• 抑癌基因又称肿瘤抑制基因,它的发 现较癌基因晚,迄今克隆到的抑癌基因的 数目亦较少,这并不意味着客观存在的抑 癌基因就一定比癌基因少,只是由于技术 上的原因,要想分离、鉴定、确认一个抑 癌基因比较困难。

抑癌基因的发现
• 早在20世纪六十年代,有人将癌细胞与 同种正常双倍体成纤维细胞融合,所获杂 种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色 体时就可表现为正常表型。然而,随着染 色体的丢失又可重新出现恶变细胞。这一 现象表明,正常染色体内可能存在某些抑 制肿瘤发生的基因,它们的丢失、突变或 失去功能,可使潜在的致癌因素激活原癌 基因发挥作用而致癌。
• 3、后天基因突变引起的疾病:这方面最典 型的例子就是肿瘤。
• 4、其它:如DNA指纹、个体识别,亲子关 系识别,法医物证等。
基因诊断的方法
• 从理论上说所有检测基因水平或结构 的方法都应可用于基因诊断。
• 1、核酸杂交: • 核酸杂交是从核酸分子混合液中检测特
定大小的核酸分子的传统方法。其原理是 核酸变性和复性理论。即双链的核酸分子 在某些理化因素作用下双链解开,而在条 件恢复后又可依碱基配对规律形成双螺旋 结构。杂交通常在一支持膜上进行,因此, 又称为核酸印迹杂交。
• 根据检测样品的不同又被分为DNA印迹交和RNA印迹杂 交。其基本过程包括下列几个步骤。
• (1)制备样品:首先需要从待检测组织样品 提取DNA或RNA。DNA应先用限制性内切酶消 化以产生特定长度的片段,然后通过凝胶电泳将 消化产物按分子大小进行分离。一般来说DNA分 子有其独特的限制性内切酶图谱,所以经酶切消 化和电泳分离后可在凝胶上形成特定的区带。再 将含有DNA片段的凝胶进行变性处理后,直接转 印到支持膜上并使其牢固结合。这样等检测片段 在凝胶上的位置就直接反映在了转印膜上。

• 策略: • 1.基因置换 • 2.基因修复 • 3.基因修饰 • 4.基因失活 • 5.免疫调节 • 6.其他:增加肿瘤细胞对放疗或化疗的敏感

(二)基因治疗的基本程序
(1)目的基因的选择和制备 (2)目的基因的转运 (3)靶细胞的选择 (4)细胞转染 (5)外源基因的表达及检测
2、基因诊断
为1%,人与大鼠的H-ras基因产物即H-Ras的氨
基酸序列完全相同。实验证明,v-onc的致癌或
由于表达的失控,或由于基因的突变,导致产物
的量的增多或质的改变。
(2)细胞癌基因的激活

细胞癌基因的激活是指原本不致癌c-onc在
特定的情况下转变成致癌性的基因,大体上有以
下几种激活方式。

• A、插入激活 例如逆转录病毒MoSV感染 鼠类成纤维细胞后,病毒基因组的LTR整合 到细胞癌基因c-mos邻近处,使c-mos处于 LTR的强启动子和增强子作用之下而被激活, 导致成纤维细胞转化为肉瘤细胞,因此, 在基因治疗中使用逆转录病毒载体时必需 考虑细胞癌基因的插入激活问题。
常增殖,呈膨胀性生长,生长比较缓慢由于瘤 体不断增大,可挤压周围组织,但并不侵入邻 近的正常组织内。
• 癌:也称为恶性肿瘤,是一群不受生长调控而 繁殖的异常细胞。在生长特征方面类似于胚胎 细胞,表现出浸润、分裂和快速转移等特性。
• 癌基因(oncogene):一般可定义为某种 基因,它的异常表达或表达产物的异常直 接决定细胞恶性表型的产生。原癌基因 (无活性的癌基因)和致癌基因(有活性 的癌基因)都可称为癌基因。
宿主细胞转化,引起肿瘤,而细胞癌基因对细胞
的生长、分化和功能活动却是至关紧要的。正常
的细胞癌基因并不致癌,只是当它们异常表达或
其表达产物异常时才会导致细胞的恶性转化,迄
今发现的细胞癌基因都是一些有十分重要的功能
“看家基因”,而且是高度保守的,例如人与小
鼠的K-ras基因产物即K-Ras的氨基酸序列相差仅
恶性转化;反之,在实验条件下,若导入 或激活它则可抑制细胞的恶性表型。
癌基因的分类
• 1.病毒癌基因 • 2.细胞癌基因(原癌基因、细胞转化基因)
(1)癌基因的发现
• 现已知道在肿瘤发生中,作为环境因 素的病毒、化学致癌物和射线,它们作用 于机体内的靶分子都是DNA,在研究肿瘤 病毒如何使宿主细胞转化中发现了癌基因。
• 不同的癌基因有不同的激活方式,一 种癌基因也可有几种激活方式。
• 例如c-myc的激活就有基因扩增和基因 重排两种方式,很少见c-myc的突变;而 ras的激活方式则主要是突变。
• 细胞转化实验证明,各种癌基因之间 存在协同作用。
• Weingerg按转染细胞表型的变化将癌 基因分为两个类,一类是核内作用的能使 细胞永生化的癌基因,例如myc,fos等, 另一类是引起细胞恶性表型变化的定位于 质膜和胞浆的癌基因,例如ras、erbB、 src等。事实表明,肿瘤的发生是多步骤, 多因素的,不同的癌基因作用于肿瘤发生 的不同阶段。
基因诊断的对象
• 1、病原生物的侵入:直接检测病原生物的遗传物 质可以大大提高诊断的敏感性。而在无法得到商 业化抗体时,基因诊断就成为检测病原微生物感 染,尤其是病毒感染的唯一手段。诊断的特异性 也大为提高。
• 2、先天遗传性疾患:已有多种传统的遗传性疾患 的发病原因被确定为特定基因的突变。用基因诊 断的方法检测这些位点的改变,不仅对临床诊断, 而且对疾病的病因和发病机理的研究都具有重要 的意义
3’ mRNA
• 2.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onc 基因的序列重组到病毒的基因组内。所以说conc是v-onc原型,又称为原癌基因。(protooncogene)。


3.病毒癌基因对病毒本身无关紧要,却可使

• B、突变激活 典型的是各种ras基因的 激活。ras基因的表达产物Ras是一种小分 子G蛋白,在信号转导中起重要作用,正 常Ras的作用因其自身的GTP酶活性而受 到严格控制,而突变了的Ras其GTP酶活 性下降或丧失,失去了原有控制,致使增
殖信号持续作用,细胞发生恶性转化,如 图
• 已知从自然发生的人肿瘤组织提取的 DNA可以转化HIH/3T3细胞,尽管只有10% 的人的肿瘤DNA具有转化此种细胞的能力,
• 原癌基因是存在于人类细胞中固有的一类 尚未激活、不具有致癌作用的细胞癌基因,
它们是控制细胞生长分化的调节基因。当 原癌基因受外界因子(病毒感染、理化因素) 作用而激活,就会变成有活性的癌基因。
• 抑癌基因(或称抗癌基因(anti-oncogene) 与肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene) 属同义词):是指某种基因当其受阻抑、失活、 丢失、或其表达产物丧失功能可导致细胞
第七章 基因与人类疾病
本章主要内容
• 1、肿瘤与癌症 • 2、基因诊断 • 3、基因治疗
人类基因病症三大类
• 1、经典单基因病 • 2、多基因病 • 3、获得性基因病
第一节 肿瘤与癌症
病癌
一种可怕的疾病

细胞无休 止的分裂

第一个被鉴定的人类癌基因是 ras基因
组织增生 堆积如山
相关概念
• 肿瘤:是由单个病变细胞增殖而成的细胞群。 • 良性肿瘤:是指机体内某些组织的细胞发生异
提取 Rb基因
正常细胞
体外培养的 视网膜神经 胶质瘤细胞
注入 培养 正常细胞
结论 Rb具有肿瘤 抑制作用
癌症多步 起源说
发现肿瘤抑制基因
细说Rb
抑癌基因 两次灭活论
Rb Rb
第一次 Rb Rb 突变灭活
第二次 Rb Rb 突变灭活
Rb基因的突变失活不仅导致视网膜神经胶质瘤…… • 在多种癌症中也发现了它的踪影:骨肉瘤、前列腺癌、软组织肉瘤、小
但癌基因已在所有主要类型人肿瘤中检出,
最先是从T24/EJ膀胱癌细胞系检查到的, 属于ras家族成员,以后又用核酸探针检测 出正常人的细胞基因组中有ras同源序列存 在,与T24细胞中的ras不同,无转化能力, 二者差别仅仅在于一个点突变(第12位氨 基酸密码子的G突变为T)。
• C.基因重排激活 • D.缺失激活 • E.基因扩增激活
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,以v-src和c-src
ห้องสมุดไป่ตู้
为例(如图)。再从逆转录病毒感染宿主细胞后的复制周期
分析。
c-src和v-src结构的比较
逆转录病毒感染宿主细胞后的复制周期
逆转录病毒RNA的结构:
二倍体结构——由两条相同的RNA链在5’ 端通过碱基配对形成二倍体
gag
pol
env
onc
5’
3’
gag = group specific antigen pol = reverse transcriptase env = envelope onc = oncogene
Gene organization of a cellular proto-oncogene
5’
• RNA样品则可直接在变性条件下电泳分离,然后 转印并交联固定。

• (2)制备探针:探针是指一段能和待检测 核酸分子依碱基配对原则而结合的核酸片 段。它可以是一段DNA、RNA或合成的寡 核苷酸。在核酸杂交实验中,探针需要被 标记上可直接检测的元素或分子。这样, 通过检测与膜上的核酸分子结合上的探针 分子,既可知道被检测的核酸片段在膜上 的位置,也就是在电泳凝胶上的位置,也 就知道了它的分子大小。
• 早在20世纪初,Rockefeller研究所的Rous 医生将鸡肉瘤组织匀浆后的无细胞滤液皮下注射
于正常鸡,发现可以引起肿瘤,可惜当时对病毒 还缺乏认识,直到20世纪五十年代才重新发现原 来致瘤的因素是病毒,并以Rous医生的名字命名 为罗氏肉瘤病毒(Rous Sarcoma Virus ,RSV)。 1975年,Bishop从RSV中分离到第一个病毒癌 基因src,该基因编码分子量为60kDa的磷酸化蛋 白质,以p60src表示。
(二)基因诊断的方法
• 1、核酸杂交 • (1)样品的制备 • (2)制备探针 • (3)杂交 • (4)检测 • 2、聚合酶链式反应
3.基因治疗
(一)基因治疗的概念和策略
• 概念: • 基因治疗(gene therapy):就是用正常或野生型
(wild type)基因校正或置换致病基因的一种治疗 方法。在这种治疗方法中,目的基因被导入到靶 细胞(target cells)内,它们或与宿主细胞 (host cell)染色体整合成为宿主遗传物质的一 部分,或不与染色体整合而位于染色体外,但都 能在细胞中得到表达,起到治疗疾病的作用。





使

- 抑癌基因的产物(抑癌蛋白)
DNA
细 胞 复分 制裂
第二节 基因诊断
(一)基因诊断的概念和对象
概念: • 基因诊断:是采用分子生物学方法在DNA
水平或RNA水平对某一基因进行分析,从而 对特定的疾病进行诊断,是目前诊断技术 中最具发展前途的技术。
基因诊断的对象:
• 1、病原微生物的侵入 • 2、先天遗传性疾病 • 3、后天基因突变引起的疾病 • 4、其它:亲子鉴定、个体识别等
• 1976年Stehelin以实验证明正常鸡成纤 维细胞基因组中存在有与病毒癌基因src的 同源序列。此后陆续发现许多禽类和鼠类 病毒癌基因也有类似情况,即宿主细胞基 因组中含有病毒癌基因的同源序列,称之 为细胞癌基因(c-oncogene,c-onc)。

细胞癌基因与病毒癌基因的区别

1.从结构上看c-onc是间断的,这是真核基因的特
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