1、基因與癌第十九章癌基因與癌 產物活性改變 結構改變 產物失活 調控區的突變 癌基因 易位改變了調控 產物數量 染色體重排 插入插入致癌病毒，引入強啟動子 的改變 缺失缺失抗癌基因和負調控序列 雙微體 擴增 均染區 基因與癌第一節 腫瘤細胞的特點腫瘤細胞的特點 癌癥癌癥 多細胞器官性的疾病，這些器官的細胞生長異常，失去調節，并常伴有異常分化，形成瘤。在高等脊椎動物中及植物中都有發現。癌細胞與正常細胞相比呈現以下特征: 1） 無限繁殖 2） 接觸抑制現象喪失 3） 癌細胞間粘著性減弱 4） 易被凝集素凝集 5） 粘壁性下降 6） 細胞骨架結構紊亂 7） 產生新的膜抗原 8） 對生長因子需要量降低

2、基因與癌(1)無限生長（Immortalization），此和生長控制發生改變有關。(2)轉化（transformation），失去了生長的正常抑制，例如不受生長因子的支配。(3)轉移（metastasis）基因與癌正常細胞與癌細胞比較基因與癌 原代培養細胞（血清依賴,接觸 抑制 ,有限壽命） 癌細胞體外細胞培養生長轉化過程 確立細胞系 (永生化) 極限(大部分細胞死亡，少數存活)轉化(失去血清依 賴、接觸抑制；形態改變、聚集，長成病灶)轉移癌細胞轉移到別的組織，產生新的克隆基因與癌確立細胞系:（1）貼壁依賴性貼壁依賴性（Anchorage dependence）細 胞附著在固體基質或薄膜的表

3、面。（2）血清（或生長因子）依賴性血清（或生長因子）依賴性（serum or growth facto dependence）：（3）密度制約抑制密度制約抑制 （Density-dependent inhibition）： (4） 細胞骨架的形成細胞骨架的形成 （cytoskeletal organization）。細胞是扁平 的，而且延著附著基質的表面沿伸。基因與癌外因：外因：物理致癌因子（ 高能輻射） 化學致癌因子（ 環狀化合物，亞硝酸等） 生物致癌因子（腫瘤病毒,黃曲霉素）內因：內因： 蛋白質功能水平上的病毒活性， 重要的生長調節基因的突變，如激素 控制細胞生長的機制被破壞。2 . 癌癥

4、的發生原因癌癥的發生原因基因與癌 第二節第二節 癌基因和抗癌基因癌基因和抗癌基因癌基因癌基因（oncogene）轉化基因轉化基因（transforming gene）細胞癌基因細胞癌基因（cellular orcogene,c-onc），未活化的c-onc稱為原癌基因原癌基因（proto- oncogene）病毒基因組中癌基因的同源序列稱為病病毒癌基因毒癌基因（virus oncogene,v-onc）。基因與癌一一. .癌基因癌基因癌基因癌基因是有潛在的促發腫瘤腫瘤 發生發生活性的基因，最早在腫腫 瘤病毒瘤病毒中發現。到目前為止， 發現的癌基因己有100多個。1911年P.Rous發現了Ro

5、us肉瘤病毒,（Rous sarcoma virus）。 1969年美國的Huebner,R.I.和Todaro,G.I提出了癌基因假說。 基因與癌1970年H.Temi和Dulbecco發現致癌的RNA病毒中存反轉錄酶，提出了原病毒假設，認為RNA病毒通過反向轉錄和正向轉錄以及與宿主細胞DNA發生交換或重組，能形成癌基因。1976年H.Evarmus和J.M.Bishop發現鳥類肉瘤病毒中含有致癌基因。被命名為病病毒癌基因毒癌基因(Virus oncogene V-onc).80年代初通過很多實驗證實了癌基因的存在。基因與癌DNA腫瘤病毒轉化病毒多為ssDNA病毒，癌基因是編碼病毒本身所需的

6、蛋白，如:SV40的T抗原; 人乳頭瘤病毒 (human papillomavirus ，HPV)的E6E7; 腺病毒的E1A，E1B轉化病毒帶有癌基因其產物可使腫瘤抑制物失活。即減弱抗癌基因的功能基因與癌 一些DNA病毒感染宿主細胞后不發生裂解， 而是潛伏在細胞中，并整合到宿主基因組中，表達病毒癌蛋白， 引起宿主細胞轉化。如： 多瘤病毒家族（SV40)，人乳頭瘤病毒家族，腺病毒家族。 基因與癌 與RNA 病毒不同，DNA病毒癌蛋白在細胞中沒有對應物。 它通過合成病毒癌蛋白，作用并抑制宿主TSG蛋蛋白白而引起細胞轉化。 許多新的腫瘤抑制基因是在病毒癌蛋白與TSG蛋白相互作用的研究中被發現的?；?/p>

7、因與癌RNA反轉錄病毒RNA反轉錄腫瘤病毒分為急性和漫性兩種。慢性腫瘤病毒是野生型反轉錄病毒，不帶有癌基因。急性腫瘤病毒是缺陷型反轉錄病毒，在其基因組中帶有來源于動物的癌基因(v-0nc)。需助病毒的存在才能復制與表達。V-onc的功能和突變的原癌基因相似。漫性腫瘤病毒是依賴LTR中的強啟動子作用細胞癌基因，誘發癌變?；蚺c癌 癌基因被慢性腫瘤病毒激活癌基因被慢性腫瘤病毒激活 與急性轉化反轉錄病毒直接轉導一高活性病毒癌基因到宿主基因組中不同，慢性RNA腫瘤病毒通過整合到正常原癌基因附近， 使其被病毒中長末端重復序列所激活。 感染較長時間后病毒才啟動腫瘤發生。 延長的時間反映了反轉錄病毒的多輪復

8、制和整合， 直到在某一位置激活附近的原癌基因 ?；蚺c癌增加轉錄增加轉錄 病毒轉染使正常原癌基因受病毒強啟動子調節，如c-moc, 或被整合在附近的反轉錄病毒反式激活, 如 c-myc, c-myb , c-ref.基因與癌插入c-myc 基因不同位置的 鳥類白血病病毒(avian leukosis, ALV)通過通讀來打開編碼的外顯子 病毒增強子偶爾作為啟動子，錄轉編碼區在下游插入的ALV其增強子激活c-myc的啟動子基因與癌RNA腫瘤病毒在反轉錄酶的催化下，復制和整合到核基因組中基因與癌 腫瘤病毒基因結構腫瘤病毒基因結構基因與癌癌基因起源于動物。(1)各種動物的c-onc其數目和位置比較固

9、定， 而反轉錄病毒中的v-onc數目和位置是不固 定的。(2)線蟲（C.elegans）和果蠅等動物并不被反 轉病毒所感染，但這些動物的基因組中也 具有與高等動物癌基因同源的基因；(3) c-onc中發現有內含子，而反轉錄病毒的癌 基因（v-onc）則無內含子。(4)動物的c-one可為反轉病錄病毒所轉導。基因與癌胞內胞內Tyr激酶激酶 膜結合蛋白，胞液蛋白Ser/Thr激酶激酶 胞液蛋白信號分子信號分子 調節物 轉錄因子轉錄因子 Leu拉鏈蛋白，轉錄因子，甲狀腺激素受體 生長因子生長因子 分泌蛋白生長因子受體生長因子受體 各種受體激酶，受體G-蛋白蛋白/ 信號傳導信號傳導 GTP結合蛋白癌基

10、因的類型基因與癌二抗癌基因二抗癌基因（antioncogene）又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、隱性癌基因隱性癌基因。是一種抑制細胞生長和腫瘤形成的基因。在生物 體內與癌基因功能相抵抗，共同保持生物體內正負信號相互作用的穩定。已發現10種抗癌基因抗癌基因,如如Rb (Retinoblastoma視網膜母細胞瘤),p53蛋白 許多TSGs產物是細胞周期調節因子或是生長相關基因的轉錄抑制子。它的非活性形式能促進腫瘤生長。 基因與癌 TSGs的正常功能是限制細胞生長，作用主要有: (1)調節細胞生長. (2)維持基因穩定. (3)觸發衰老，誘導細胞程序性死

11、亡. (4)誘導終末分化. (5)抑制和調節蛋白酶活性. (6)改變DNA甲基化酶活性. (7)調節血管形 成. (8)促進細胞間聯系. 一個生長轉化細胞可通過與正常的細胞融合而得到恢復。 基因與癌Rb的分子功能： (1)主要是可以和腫瘤抗原相互作用： SV40 T抗原，腺病毒E1A抗原，人類乳頭瘤病毒E7抗原，可結合到RB的379792殘基區域。 (2) RB產物可抑制部分致癌蛋白。 (3)RB還有抑制細胞增殖的作用?；蚺c癌在細胞周期中在細胞周期中Rb磷酸磷酸化受到調控化受到調控 G0/G1 去磷酸化，G1末至G2末被細胞周期蛋白CDK復合物磷酸化。 非磷酸化的Rb可結合轉錄因子E2F及許

12、多腫瘤抗原。 腫瘤抗原腫瘤抗原(SV40T,Ad E1A)和和Rb結合結合基因與癌基因與癌 RB 位于13q14，編碼視網膜母細胞瘤視網膜母細胞瘤蛋白蛋白 Rb，能結合腫瘤抗原,（SV40 T抗原）調控細胞周期， 抑制細胞增殖，最早在視網膜母細胞瘤的研究中被發現。 基因與癌Kundson早在1971年提出著名的 “ 二次突變假設（two mutation hypothsis）”。后來遺傳學家發現家族性患兒的體細胞中13號染色體存在缺失（13q14），表明該區域可能存在與視網膜母細胞瘤發生有關的基因Rb。Sparkes(1980)將Rb基因定位于13q14。Benedict（1983）提出位于1

13、3q14的Rb的一對等位基因均失活才會產生該腫瘤。表明Rb是以隱性方式起作用。Stephe等（1986）開始構建了人的13號染色體的噬菌體文庫，其中1.5Kb的DNA片段和Rb有關?；蚺c癌接著又分離到一個30Kb的cDNA片段，用此片段可檢測到13q14帶70Kb區域的基因。同年眼科專家Dryja發現Rb失活時可以致瘤，雜合子（Rb+/Rb-）易被誘變而失活； 他還發現經眼球摘除手術能存活下來的患兒長大后易患成骨肉瘤，乳腺癌和小細胞肺癌。1986年Friend將13q14位點的Rb經cDNA克隆制成各種探針，檢查很多例骨肉瘤和組織肉瘤患者發現約50%的患者Rb基因純合缺失?；蚺c癌1987年

14、Stanbridge等分離了人類13號染色體，將它注入培養的成骨肉瘤細胞中，結果導致了癌細胞逆轉，同年李文華把Rb轉化到培養的癌細胞中使其逆轉。更進一步證明了Rb的抑癌作用。他克隆了Rb全長的cDNA，發現其產物是一種長928氨基酸，分子量為105Kda的蛋白質?；蚺c癌 P53 p53蛋白是一種腫瘤抑制物，一半以上的癌變都與P53的缺失或突變有關。 p53蛋白是四聚體， 突變具有顯性失活的效應基因與癌p53的功能:（1）一種可能是野生型p53與細胞中某些T抗原的類似物結合，抑制了它們的活性;（2）p53也是一種DNA結合蛋白，它能識別長10bp兩側對稱的模體，并激活含多拷貝這種基序的啟動子的

15、轉錄。 (3)在有的座位上它可能阻遏其靶基因。 (4) p53通過調節基因的表達來控制細胞周期，缺乏這種調節就會導致細胞無限制生長。 (5) p53突變具有顯性失活的效應。基因與癌幾種和幾種和G0/G1或或G1/S期控制有關的蛋白是腫瘤抑制物期控制有關的蛋白是腫瘤抑制物 p16 , p21 , p27可結合可結合cyclin-CDK復合物使其失活復合物使其失活基因與癌 P RB cdk4,6 E2F cdk4,6 cdk4,6 P P cyclin D cyclin D cyclin D p16 p21,p27 p16 P Assembly CAK Phosphorylation of RB

16、P cdk 2 cdk 2 cdk 2 c cylinE p21,p27 cylinE p21,p27 cylinE Fig . 19- p21 and p27 inhebit assembly and activity of cdk4,6-cyclin D and cdk2-cyclinE by CAK. They also inhibit cycle progression independent of RB activity. P16 inhibits both assembly and activity of cdk4,6-cyclin D. 基因與癌(1)p53是一種DNA結合蛋白(

17、轉錄因子)，可識別10bp的回文模體，其第120-290位氨基酸的區域負責這種與特定靶順序的結合。 (2)可激活含多拷貝模體啟動子轉錄。p53還可以阻遏某些不含有以上模體的基因，其機制不明。 (3) p53也能和損傷的DNA結合（第310-390位），此C-端的功能區可以識別單鏈DNA區。 (4) p53是四聚體，其突變體具有的顯性失活調控的作用?；蚺c癌野生型限制細胞生長 缺乏p53細胞生長不受控制突變亞基因阻礙四聚體功能，細胞生長不受限制P53等位基因的缺失或突變等位基因的缺失或突變都可使細胞生長不受限制都可使細胞生長不受限制基因與癌 DNA的損傷激活p53,在細胞周期不同階段引起不同結果

18、： 早期： 通過誘導p21 對CDK-cyclin 激酶激酶的抑制，激活限制點，阻止細胞周期前進直到損傷修復。 晚期： 引發細胞凋亡。輻射基因與癌p53蛋白與抑制有關的各功能區的活性基因與癌第三節第三節 癌基因產物的結構，功癌基因產物的結構，功能和細胞癌變。能和細胞癌變。一 . src基因src的產物p60src具有TPK（酪氨酸蛋白激酶）活性，與細胞的增殖和轉化有關。Src蛋白有四個結構域：（1）N端十四烷基化位點是和膜結合的位點（2）SH2（src homology region-2）結構域。 (3) 416位Tyrh和自身磷酸化有關。 (4) 而527位Tyr的磷酸化位點?；蚺c癌 Me

19、mbrane- Motulatory Catalytic Supressor binding SH3 SH2 2 14 80 250 416 516 527 十四烷基化位點 突變改變了被轉化細胞的 與另一些激酶催化 在c-Src中Tyr-527 形態，有的也賦予轉化活性 結構域同源序列； 磷酸化，抑制激 Tyr-416 自我磷酸化 酶活性 Fig. A Src protein has an N-terminal domain that associates with themembrane, a motumatory domain that includes SH2 and SH3 motif

20、s, a kinase catalytic domain,and (c-Src only ) a suppressor domain.基因與癌 Inactive receptor Activated receptor has Has unphosphorylated phosphorylated SH2-binding domain SH2-binding domain Fig. Phosphorylation of tyrosine in an SH2 - binding domain creates a binding site for a protein that has an SH2

21、domainTyr SH2-bionding site Tyr Tyr P P SH2 domain binds to SH2 phosphorylated tyrosine Src SH2 Src基因與癌一、src基因 產物p60src蛋白具有TPK（酪氨酸激酶活性） 膜結合 調控 催化 抑制N C SH2結構域 416 Tyr自身磷酸化 527Tyr自身磷酸化 基因與癌二. c-erbB產物的結構和功能c-erbB編碼EGF受體是一種分子量為65KDa的跨膜蛋白，由1186個氨基酸組成。膜外的部分（621aa）是EGF結合功能區。前面有24aa構成的信號肽?？缒^由23個疏水氨基酸組成。膜

22、內部分由542aa組成。其中包括4個磷酸化位點和一個TPK功能區。4個磷酸化位點中有一個是緊靠膜內側的654位Thr，其余3個位于1068，1148和1173Tyr自身磷酸化位點?；蚺c癌 平截 v-erbB : c-erbB 編碼表皮生長因子受體。N端為配體結合結構域， C端為抑制結構域。 v-erbB 的兩端被截短，使受體在無配體的存在下就形成二聚體，并持續激活，使細胞生長不受控制。基因與癌p60erb-B的結構 膜外結合功能區 23aa 膜內催化功能區 621aa 542aa信號肽 跨膜區 Thr(654) Tyr Tyr Tyr1 24 551 621 644 694 940 1068

23、 1148 1173 1186aa EGFRN 端 16 74 99 150 蛋白激酶結構域 396 611 615 C 端 v-erb B圖 19-13 erb-B 癌基因產物(下)與表面生長因子受體(EGFR)(上)的結構比較基因與癌基因與癌c-erbB 編碼編碼EGF受體，受體， 具有酪氨酸蛋白激酶活性。具有酪氨酸蛋白激酶活性。 生長因子受體的激活涉及配基的結合，二聚體的形成及自身磷酸化， V-erB丟失了配基結合域，不受N端功能區的抑制而組成型激活?；蚺c癌三三c-sis產物的結構與功能產物的結構與功能sis的產物是一種分泌蛋白。1983年發現了血小板生長因子（PDGF）與猿猴肉瘤病毒

24、轉化蛋白p28具有結構的相似性。后來發現c-p28c-sis與PDGF順序只有3%的差異。而人類c-sis基因產物則與 PDGF-鏈完全相同?；蚺c癌 38 99 v-sis (220aa) 258 NH2 COOH 99 207 258 PDGF-B 圖 19- sis 基因產物的結構和 PDGF 比較基因與癌四四ras原癌基可能因突變而被激活原癌基可能因突變而被激活在人和大鼠的基因組中相應的C-ras,N-ras,H-ras和K-ras雖定位在不同的染色體上，但產物相似，分子量約為21KDa，統稱為p21ras。V-Ras和C-Ras結構相似，僅少數的幾個氨基酸不同?；蚺c癌 ras 第一

25、個被證實由于點突變而引發癌癥的基因（ 1982，Tabin C J and Reddy E P)。 Ras 蛋白結構： 5 22 30 40 109 120 186 NCGDP/GTP結合區 效應區效應區 膜結合膜結合 水解GTP活性 作用于靶分子 帶有GTP的Ras是活性的，而內在的GTPase活性使GTP 水解成GDP，而結合GDP的Ras則失活， GAP （GTP酶激活蛋白）以及 SOS（鳥苷釋放因子）可調節Ras 蛋白活性?；蚺c癌 效應區 Cys 5 22 30 40 109 120 186 aaN C GDP/GTP 結合區，突變可 十六烷酸 激活原癌基因 負責膜的附著圖 19-1

26、6 Ras 蛋白的結構。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .35.20) 基因與癌 12 59 61c-Ha-ras 正常細胞 GGC/Gly GCC/Ala CAG/Glu 膀胱癌 GTC/Val GCC/Ala CAG/Glu 肺 癌 GGC/Gly GCC/Ala CTG/LeuKi-ras 正常細胞 GGT/Gly GCA/Ala CAA/Glu 肺 癌 TGT/Cys GCA/Ala CAA/Glu 結腸癌 GGT/Gly GCA/Ala CAT/His N-ras 正常細胞 GGT/Gly GCT/Ala CAA/Glu 神經母細胞瘤 GGT/Gly GCT/A

27、la AAA/Lys 肺 癌 GGT/Gly GCT/Ala CGA/Arg 圖 19- ras 基因的點突變和腫瘤基因與癌 癌基因激活的機制：癌基因激活的機制： 點突變點突變 c-ras： Ras 是GTP結合蛋白，傳導生長因子受體信號。 ras基因的點突變（第12個氨基酸密碼子由GGG(甘氨酸）變為GTG(纈氨酸 ）降低了GTP水解酶活性， 使其放大了對生長因子的反應，導致細胞過量生長?；蚺c癌 Ras-GTP is converted to Ras-GDP after activating its effector Ras Ras GTP GDP Inactive active effe

28、ctor effctor Pi Ras is inactivated by GAP Ras GTP GAP Ras-GAP stimulates hydrolysis of GTP Ras is activated by SOS (GNRF) Ras SOS GDP GTP Grb2 SOS stimulates Ras to exchange GDP with GTP Fig.19- The relative amounts of Ras-GTP and Ras-GDP are controlled 基因與癌SOS能激活RasGAP (GTP酶激活蛋白)使Ras 失活癌變的Ras保持Ras-GTP 的形式，持續激活。（參見點突變）基因與癌核蛋白myc, myb, fos, jun,B-lym等myc: p65c-myc能與DNA特異順序結合，調節DNA 合成c-fos :14q2131,編碼380aa ,p55c-fosc-jun: p39c-jun ,和 AP-1，GCN4相似p53:抗癌基因產物，和細胞增殖有關，可使