恶性肿瘤的分子生物学

恶性肿瘤细胞在生物学研究中的应用


无限制增长特性
细胞分化幼稚 细胞寿命长 细胞的侵润性 致瘤性

细胞的遗传性
Clonal selection of cancer cells
Normal Tumour
Variants over time
• 经典的抗原递呈理论认为：
– 外源性抗原经APC摄取后，在溶酶体中降解为短 肽，由MHCⅡ类分子提呈给CD4+T细胞； – 内源性抗原在胞质溶胶中降解后，与MHCⅠ类分 子结合，提呈给CD8+T细胞，激活细胞毒性T淋 巴细胞(CTL)杀伤病毒感染细胞或肿瘤细胞。
分子肿瘤学认为恶性肿 瘤是一种涉及基因改变 的疾病
1989年诺贝尔生理 学或医学奖
For cancer: two classes of cellular genes are targets for mutations
• PROTO-ONCOGENES • TUMOUR SUPRESSOR GENES
The mutated gene product is not functional = NULL ALLELE
肿瘤发生
Activated protooncogene Inactivated tumour suppressor gene
9.2 几个基本概念
• 癌基因(oncogeny，onc)
是指能导致细胞恶性转化的核酸片 段。主要包括病毒癌基因、细胞癌基因 以及与细胞生长因子及其受体、蛋白激 酶、转录因子及其信息加工、传递等有 关的基因。
• 然而，通常情况下病毒感染或发生异常突变 的细胞主要为实质细胞，它们大多不能迁移 到淋巴器官与T细胞相互接触，同时也缺乏T 细胞活化所必须的共刺激信号，故不能活化 初始型CD8+T细胞。
外/内源性抗原示意图
• 1976年，Bevan首先发现交叉递呈(crosspresentation)的现象，随后，Sigal等也揭示外源性 抗原能有效被APC的MHCⅠ类分子递呈。借助交 叉递呈机制，APC可以主动摄取病毒蛋白或肿瘤 抗原，并通过MHCⅠ类分子将抗原呈递给CD8+T 细胞，从而产生有效的CTL应答，达到清除靶细胞 的目的。近年来更多研究表明，凋亡或坏死的细 胞、热休克蛋白、病毒蛋白、颗粒性抗原，甚至 可溶性抗原等都可以通过交叉递呈途径活化CTL应 答。 • 交叉递呈在机体抗病毒及其它病原体感染和肿瘤 免疫等方面起着非常重要的作用。
错配修复基因缺陷
守门基因和看护基因的突变失活
守门基因（gatekeeper gene）是指在细胞恶 性转化过程中与癌基因启动相关的基因。
看护基因（caretaker，gene）是指保持细胞 基因组稳定性，而与细胞恶性转化过程中癌基 因的启动不直接相关的基因。
Genetic Control of Neoplastic Initiation and Promotion
纵向传播：原病毒随细胞分裂传递 横向传播：原病毒转录表达（参与癌症的发生）
原癌基因致癌的分子机制
基因点突变
• 有时原癌基因中一 个核苷酸的突变会 使基因表达异常的 蛋白产物，从而使 细胞向恶性转化。 • 例如：膀胱癌EJ株 C-Ha-ras基因外显 子12密码子的突变
基因扩增
基因在细胞中拷贝数增加，从而使可用的转 录模板数大大增加。
The vast majority of these mutations are somatic
Balance of Tissue Cell Number
Oncogenes(癌基因)
Normal genes (regulate cell growth) 1st mutation (leads to accelerated cell division)
Alterations in cell-cell interactions and the formation of new blood vessels are associated with malignancy
恶性肿瘤的转移
对肿瘤发生的分子机制，最初人们认为是 病毒瘤基因所致； 70年代中期，毕晓普和瓦慕斯发现动物正 常细胞中本来存在癌基因（原癌基因）； 正常情况下，瘤基因对细胞的生长、分化、 调节和维护正常功能起重要作用； 近来发现细胞中有抑制肿瘤发生的抑瘤基 因。
小 结
正常细胞的生长与增殖是由两大类基因调控的
正向调控信号：主要是起促进细胞生长和增殖，并且阻止其 发生终末化倾向，癌基因起着这方面的作用。 负向调控信号：主要使细胞成熟，促进终末分化，最后是细 胞调亡，抑癌基因则在这方面起作用。
正常情况下这两类信号保持着动态平衡，十分精确 地调控细胞增殖和成熟。一旦这两类信号中有一类 信号过强或过弱均会使细胞生长失控而恶变。
9.3 癌基因致癌的分子机制
病毒癌基因
Rous于1910年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳 斯肉瘤病毒RSV）
长末端 重复序列
正常的病毒基因
1966 诺贝尔奖
癌基因
LTR
gag
pol
env
src
LTR
含转录 启动子
产生病毒 产生逆转录 表面糖蛋白 酶和整合酶
src 产生病毒 产生p60 蛋白质， 垮膜蛋白 磷酸化蛋白。靶蛋 白磷酸化
肿瘤有良性、恶性之分。仅快速增殖而不扩散 的称为良性肿瘤；而不仅异常快速增殖，而且 细胞可发生扩散转移的称为恶性肿瘤，特称为 癌（cancer）或新生物（neoplasm）。 癌的主要特征：
不受机体整体的制约，“为所欲为”地快速增ห้องสมุดไป่ตู้。
除了侵占正常细胞所占的空间外，还发生扩散和转 移，形成新的病灶。
1 mutation sufficient for role in cancer development Example Oncogenes derived from growth factor receptors confer the ability to bypass the growth factor requirement…leading to independent growth.
Tumour suppressor genes（肿瘤抑制基因）
Act as a brake for cell division “GUARDIAN OF THE GENOME”
PROBLEM: Mutation in tumour suppressor genes = brakes don’t work, or there is an accumulations of mutations (DNA repair enzymes)
Knudson’s “Two-Hit” Model for Retinoblastoma
Normal 2 intact copies
Predisposed 1 intact copy 1 mutation
Affected Loss of both copies
p53 functions as a ‘molecular node’ in the DNA-damage response
Gatekeeper genes
Caretaker genes
Examples of tumour suppressor genes include
•RB1 - retinoblastoma susceptibility gene
•WT1 - Wilm's tumour gene
•NF1 - neurofibromatosis type 1 gene •NF2 - neurofibromatosis type 2 gene
原癌基因
基因扩增
蛋白质结构未变化，但总量大大提高
染色体易位或重排
慢性粒细胞白血症 (Chronic myeloid leukaemia，CML) is characterised by the t(9;22)(q34;q11) reciprocal translocation
病毒启动子插入
基因间相互作用
9.4 抑癌基因的作用及其致癌机制
正常情况下抑癌基因的作用：
抑癌基因在染色体中起稳定性作用； 参与细胞分化以控制肿瘤形成，细胞的终末 分化可抑制细胞分裂； 参与衰老过程，诱导细胞程序性死亡； 通过调控细胞周期，调节细胞增殖。
抑癌作用通过抑瘤基因表达“抑癌蛋白”实现
抑癌基因改变的分子基础
• 树突状细胞(DC)、巨噬细胞等专职APC都具有交叉 活化CD8+T细胞的能力，而DC是体内最有效的专职 APC，抗原摄取能力强且能活化初始型T细胞，是执 行交叉递呈功能的主要细胞。 • DC需要经历由不成熟向成熟阶段的转变才能有效刺 激T细胞活化。不成熟DC捕获抗原后，在炎性因子 的刺激下分化为成熟DC，细胞的抗原摄取能力下降 ，而抗原递呈及刺激T细胞活化的能力增强。 • 此过程同时伴随细胞表面MHCⅠ类分子、Ⅱ类分子 、共刺激分子CD80、CD86以及T细胞黏附分子 CD48、CD58等的上调表达。 • 此外，DC还通过延伸其树突状突起，增加与T细胞 相互作用的机会。
图2 睾丸肿瘤
A：GA0组睾丸正常（如箭头所示）；B：GAe组雏鸡接种MDV GA株后40天， 睾丸形成明显肿瘤（如箭头所示）； C：异常睾丸和正常睾丸的直观比较）
9.1 概述
• 肿瘤(tumor)
是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
肿瘤细胞中常常不是由一种C-onc表达异常， 有时需几种C-onc发生改变，产生协同作用方 可奏效
原癌基因甲基化水平降低
正常细胞的基因，具有相对稳定的甲基
化类型，特别是原癌基因的甲基化可使其难
以表达。
Examples of Oncogenes
• RAS - activated in many cancers (colon) • c-MYC – over-expressed in colon cancer (amplified in lung, rearranged in lymphoma) • RET - MEN 2a • MET - hereditary papillary renal cancer • CDK4 - familial melanoma • BCR/ABL - chronic myelogenic leukaemia • BCL2 - follicular lymphoma
•DCC - involved in colorectal cancer
•BRCA1, BRCA2 - involved in breast cancer
Today we will look at these tumour suppressor genes:
Rb (视网膜母细胞瘤)
p53 APC (腺瘤样结肠息肉)
Benign tumors arise with great frequency but pose little risk because they are localized and small
Malignant tumors generally invade surrounding tissue and spread throughout the body
Subcellular distribution of v6
第 8章 恶性肿瘤的分子生物学
(Molecular Biology of Malignant Tumors)
马立克氏病病鸡
图1 卵巢肿瘤 A：GAe组雏鸡接种MDV GA株后40天，卵巢形成明显肿瘤（如箭头所示）； B：GA0组卵巢正常（如箭头所示）；C：异常卵巢和正常卵巢的直观比较）
病毒癌基因（virus oncogenes, V-onc）：存在于病毒基 因组内的癌基因，病毒感染动物时，可诱导动物体内肿 瘤形成。
DNA病毒
RNA病毒（反转录病毒）
细胞癌基因（cellular oncogenes,C-onc）：存在于动物 细胞中的癌基因。正常情况下主要在胚胎期表达，在出 生后的个体内不表达或限量表达，主要功能是促进细胞 的正常增殖和分化，又称原癌基因，被致癌因素激活时 ，可诱导细胞癌变。
• 抑癌基因（tumorsuppressor gene，TSG）
又称抗癌基因（anti-oncogene）、隐性癌基 因（recessive oncogene），是正常细胞中存在的 对原癌基因表达功能进行调节的基因，可抑制细 胞生长并能潜在抑制癌变。它的失活或突变具有 促进肿瘤生长的潜势。抑癌基因活性的下降(功能 缺失突变)也可引起癌症的发生。