生物化學(xué)及分子生物學(xué)人衛(wèi)第九癌基因和抑癌基因

1、目錄第一節(jié) 癌基因第二節(jié) 抑癌基因重點難點熟悉了解掌握癌基因和原癌基因的概念。癌基因活化的機(jī)制。生長因子的概念。癌基因編碼產(chǎn)物的種類與功能。抑癌基因的概念。抑癌基因失活的機(jī)制。常見的癌基因家族（src、ras、myc和sis）及其功能。熟悉EGFR、Her2等常見癌基因的編碼產(chǎn)物。常見抑癌基因Rb和TP53的功能。生長因子的作用模式和作用機(jī)制。腫瘤發(fā)生發(fā)展與細(xì)胞生長增殖調(diào)控之間關(guān)系。常見的病毒癌基因。二次打擊學(xué)說。單倍體不足型抑癌基因和顯性負(fù)效突變的概念。癌基因與抑癌基因在腫瘤發(fā)生中的作用特點。與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)的基因，可分為三類： 原癌基因（proto-oncogene）：促進(jìn)細(xì)胞生長增殖，

2、阻止細(xì)胞分化，抵抗凋亡 抑癌基因，或稱腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene）：抑制增殖，促進(jìn)分化，誘發(fā)凋亡 基因組維護(hù)基因（genome maintenance gene）：參與DNA損傷修復(fù)，維持基因組完整性三類基因參與腫瘤發(fā)生： 原癌基因活化或抑癌基因失活，直接導(dǎo)致細(xì)胞生長增殖的失控而形成腫瘤。 基因組維護(hù)基因失活，可導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，從而間接地通過增加基因突變頻率、使原癌基因或抑癌基因突變來引發(fā)腫瘤發(fā)生。因此，基因組維護(hù)基因也歸屬于抑癌基因。癌基因（Oncogene）第一節(jié) 癌基因（oncogene）是能導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化和誘發(fā)癌癥的基因。 絕大多數(shù)癌基因是細(xì)胞內(nèi)正

3、常的原癌基因（proto-oncogene）突變或表達(dá)水平異常升高轉(zhuǎn)變而來，某些病毒也攜帶癌基因。一、原癌基因是人類基因組中具有正常功能的基因1. 特點：（1）原癌基因在進(jìn)化上高度保守。（2）原癌基因的表達(dá)產(chǎn)物對細(xì)胞正常生長、增殖和分化起著精確的調(diào)控作用。（3）在某些因素（如放射線、有害化學(xué)物質(zhì)等）作用下，這類基因結(jié)構(gòu)發(fā)生異常或表達(dá)失控，轉(zhuǎn)變?yōu)榘┗颍瑢?dǎo)致細(xì)胞生長增殖和分化異常，部分細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化從而形成腫瘤。2. 分類：（1）SRC家族：包括SRC、ABL、LCK等多個基因。（2）RAS家族：包括H-RAS、K-RAS、N-RAS等成員。（3）MYC家族：包括C-MYC、N-MYC、L-M

4、YC等數(shù)種基因。類別癌基因名稱作用細(xì)胞外生長因子SISINT-2PDGF-2FGF同類物，促進(jìn)細(xì)胞增殖跨膜生長因子受體EGFRHER-2FMS、KITEGF受體，促進(jìn)細(xì)胞增殖EGF受體類似物，促進(jìn)細(xì)胞增殖M-CSF受體、SCF受體，促增殖細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子SRC、ABLTRKRAFRAS與受體結(jié)合轉(zhuǎn)導(dǎo)信號在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號MAPK通路中的重要分子MAPK通路中的重要分子核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子MYCFOS、JUN促進(jìn)增殖相關(guān)基因表達(dá)促進(jìn)增殖相關(guān)基因表達(dá)原癌基因編碼蛋白的分類及功能舉例二、某些病毒的基因組中含有癌基因1. 腫瘤病毒大多為RNA病毒。RNA腫瘤病毒攜帶的癌基因來源于細(xì)胞原癌基因2. 目前已發(fā)現(xiàn)的

5、病毒癌基因有幾十種。3. 病毒有致癌能力并不意味著其一定含有病毒癌基因。急性轉(zhuǎn)化逆轉(zhuǎn)錄病毒含有癌基因，能迅速在幾天內(nèi)誘發(fā)腫瘤；慢性轉(zhuǎn)化逆轉(zhuǎn)錄病毒則不含有癌基因，而是通過將其基因組插入至宿主細(xì)胞的原癌基因附近，從而激活原癌基因而誘發(fā)腫瘤，故其致癌效應(yīng)較慢。4. 逆轉(zhuǎn)錄病毒的癌基因有利于病毒在腫瘤細(xì)胞中的復(fù)制，但對病毒復(fù)制包裝無直接作用，對逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組不是必需的。而DNA病毒的癌基因則是其基因組不可或缺的部分，對病毒復(fù)制是必需的，目前也沒有證據(jù)表明其有同源的原癌基因。5.通常可將RNA腫瘤病毒的癌基因的名稱冠以前綴v-，如v-src，而將正常細(xì)胞中的原癌基因則冠以前綴c-，如c-src。2.

6、機(jī)制：（1）基因突變（2）基因擴(kuò)增（3）染色體易位（4）獲得啟動子或增強子三、原癌基因有多種活化機(jī)制1. 概念： 從正常的原癌基因轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺辜?xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的癌基因的過程稱為原癌基因的活化，這種轉(zhuǎn)變屬于功能獲得突變（gain-of-function mutation）。癌基因活化機(jī)制示意圖2. 種類： 生長因子來源于多種不同組織，其靶細(xì)胞亦各不相同。四、原癌基因的編碼蛋白與生長因子密切相關(guān)1. 概念： 生長因子（growth factor）是一類由細(xì)胞分泌的、類似于激素的信號分子，多數(shù)為肽類（含蛋白類）物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長與分化的作用。3. 作用模式：（1）內(nèi)分泌（2）自分泌（3）旁分泌（

7、一）生長因子的概念與種類生長因子名稱組織來源功能表皮生長因子（EGF）唾液腺、巨噬細(xì)胞、血小板等促進(jìn)表皮與上皮細(xì)胞的生長，尤其是消化道上皮細(xì)胞的增殖肝細(xì)胞生長因子（HGF）間質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)細(xì)胞分化和細(xì)胞遷移促紅細(xì)胞生成素（EPO）腎調(diào)節(jié)成紅細(xì)胞的發(fā)育類胰島素生長因子（IGF）血清促進(jìn)硫酸鹽參入到軟骨組織促進(jìn)軟骨細(xì)胞的分裂、對多種組織細(xì)胞起胰島素樣作用神經(jīng)生長因子（NGF）頜下腺含量高營養(yǎng)交感和某些感覺神經(jīng)元、防止神經(jīng)元退化血小板源生長因子（PDGF）血小板、平滑肌細(xì)胞促進(jìn)間質(zhì)及膠質(zhì)細(xì)胞的生長、促進(jìn)血管生成轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-）腫瘤細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞作用類似于EGF，促進(jìn)細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化生長

8、因子（TGF-）腎、血小板對某些細(xì)胞起促進(jìn)和抑制雙向作用血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）低氧應(yīng)激細(xì)胞促進(jìn)血管內(nèi)皮增殖和新生血管分化常見生長因子舉例1. 生長因子的生物學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在促進(jìn)細(xì)胞生長、分化、促進(jìn)個體發(fā)育等方面。2. 有些生長因子具有雙重調(diào)節(jié)作用或負(fù)調(diào)節(jié)作用。2. 同一生長因子對不同細(xì)胞的作用有所不同。3. 具有負(fù)調(diào)節(jié)作用的生長因子比較少。（二）生長因子的功能主要是正調(diào)節(jié)靶細(xì)胞生長1. 生長因子的作用通過受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而實現(xiàn)。2. 生長因子的受體多位于靶細(xì)胞膜，為一類跨膜蛋白，多數(shù)具有蛋白激酶特別是酪氨酸蛋白激酶活性，也有少數(shù)具有絲/蘇氨酸蛋白激酶活性。3. 另一類生長因子受體定

9、位于細(xì)胞質(zhì)，當(dāng)生長因子與胞內(nèi)相應(yīng)受體結(jié)合后，形成生長因子-受體復(fù)合物，后者亦可進(jìn)入胞核活化相關(guān)基因促進(jìn)細(xì)胞生長。（三）生長因子通過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而發(fā)揮其功能1. 細(xì)胞外生長因子2. 跨膜生長因子受體3. 細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子4. 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子（四）原癌基因的編碼蛋白涉及生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的多個環(huán)節(jié)類別癌基因名稱作用細(xì)胞外生長因子SISINT-2PDGF-2FGF同類物，促進(jìn)細(xì)胞增殖跨膜生長因子受體EGFRHER-2FMS、KITEGF受體，促進(jìn)細(xì)胞增殖EGF受體類似物，促進(jìn)細(xì)胞增殖M-CSF受體、SCF受體，促增殖細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子SRC、ABLTRKRAFRAS與受體結(jié)合轉(zhuǎn)導(dǎo)信號在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號

10、MAPK通路中的重要分子MAPK通路中的重要分子核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子MYCFOS、JUN促進(jìn)增殖相關(guān)基因表達(dá)促進(jìn)增殖相關(guān)基因表達(dá)原癌基因編碼蛋白的分類及功能舉例五、癌基因是腫瘤治療的重要分子靶點（一）BRAF 60%黑素瘤中BRAF發(fā)生突變，其第600位AA從纈氨酸突變?yōu)楣劝彼幔╒600E）最為常見，導(dǎo)致B-Raf的持續(xù)激活。靶向藥物威羅菲尼（vemurafenib）。（二）HER2 30%乳腺癌中HER2基因擴(kuò)增或過表達(dá)。靶向藥物單克隆抗體赫賽?。╤erceptin）。（三）BCR-ABL 95%的慢性髓性白血病中有BCR-ABL融合基因。靶向藥物伊馬替尼（imatinib）。抑癌基因（Tumor

11、Suppressor Gene）第二節(jié)2. 發(fā)現(xiàn)： 抑癌基因的發(fā)現(xiàn)最早源于20世紀(jì)60年代H. Harris的雜合細(xì)胞致癌性研究。一、抑癌基因的發(fā)現(xiàn)和功能1. 概念： 抑癌基因，也稱腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene），是防止癌癥發(fā)生的基因。與原癌基因活化誘發(fā)癌變的作用相反，抑癌基因的部分或全部失活可顯著增加癌癥發(fā)生風(fēng)險。抑癌基因?qū)?xì)胞增殖起負(fù)性調(diào)控作用，包括抑制細(xì)胞增殖、調(diào)控細(xì)胞周期檢查點、促進(jìn)凋亡和參與DNA損傷修復(fù)等。3. 功能： 總體來說，抑癌基因?qū)?xì)胞增殖起負(fù)性調(diào)控作用，其編碼產(chǎn)物的功能有：抑制細(xì)胞增殖；抑制細(xì)胞周期進(jìn)程；調(diào)控細(xì)胞周期檢查點；促進(jìn)凋亡；參與DNA

12、損傷修復(fù)。名稱染色體定位相關(guān)腫瘤編碼產(chǎn)物及功能TP5317p13.1多種腫瘤轉(zhuǎn)錄因子p53 ，細(xì)胞周期負(fù)調(diào)節(jié)和DNA損傷后凋亡RB13q14.2Rb、骨肉瘤轉(zhuǎn)錄因子p105 RbPTEN10q23.3膠質(zhì)瘤、膀胱癌、前列腺癌、子宮內(nèi)膜癌磷脂類信使的去磷酸化，抑制PI3K-Akt通路P169p21肺癌、乳腺癌、胰腺癌、食道癌、黑素瘤p16蛋白，細(xì)胞周期檢查點負(fù)調(diào)節(jié)P216p21前列腺癌抑制Cdk1、2、4和6APC5q22.2結(jié)腸癌、胃癌等G蛋白，細(xì)胞粘附與信號轉(zhuǎn)導(dǎo) DCC18q21 結(jié)腸癌表面糖蛋白（細(xì)胞黏附分子）NF17q12.2神經(jīng)纖維瘤GTP酶激活劑NF222q12.2 神經(jīng)鞘膜瘤、腦膜

13、瘤連接膜與細(xì)胞骨架的蛋白VHL3p25.3小細(xì)胞肺癌、宮頸癌、腎癌轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白WT111p13 腎母細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)錄因子常見的抑癌基因及其編碼產(chǎn)物二、抑癌基因有多種失活機(jī)制1. 抑癌基因的作用特點：（1）癌基因的作用是顯性的，而抑癌基因則往往是隱性的。原癌基因的兩個等位基因的只要激活一個就能發(fā)揮促癌作用，而抑癌基因則往往需要兩個等位基因都失活才會導(dǎo)致其抑癌功能喪失。1971年，A. Knudson提出二次打擊假說（two-hit hypothesis）。（2）單倍體不足型抑癌基因（haploinsufficient tumor suppressor gene）：有些抑癌基因只失活其等位基因中的一個拷

14、貝就會引起腫瘤發(fā)生，即其一個正常的等位基因拷貝不足以完全發(fā)揮其抑癌功能。（3）顯性負(fù)效突變（dominant negative mutation）：有些抑癌基因，如TP53基因，當(dāng)其一個等位基因突變失活后，其表達(dá)的p53突變蛋白則能抑制另一個正常等位基因產(chǎn)生的野生型即正常p53蛋白的功能。2. 抑癌基因的失活機(jī)制：（1）基因突變：抑癌基因發(fā)生突變后，會造成其編碼蛋白的功能或活性的喪失或降低，進(jìn)而導(dǎo)致癌變。（2）雜合性丟失：雜合性丟失（loss of heterozygosity，LOH）是指一對雜合的等位基因變成純合狀態(tài)的現(xiàn)象。雜合性丟失是腫瘤細(xì)胞中常見的異常遺傳學(xué)現(xiàn)象，發(fā)生雜合性丟失的區(qū)域也

15、往往就是抑癌基因所在的區(qū)域。（3）啟動子區(qū)甲基化：很多抑癌基因的啟動子區(qū)CpG 島呈高度甲基化（hypermethylation）狀態(tài)，從而導(dǎo)致相應(yīng)的抑癌基因不表達(dá)或低表達(dá)。三、抑癌基因在腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有重要作用（一）RB基因Rb磷酸化與細(xì)胞周期控制 Rb蛋白的磷酸化狀態(tài)與它的功能密切相關(guān)。去磷酸化（或低磷酸化）形式為活性型，能促進(jìn)細(xì)胞分化，抑制細(xì)胞增殖。 Rb的磷酸化程度受細(xì)胞周期中增殖調(diào)控蛋白質(zhì)的直接控制。 低磷酸化Rb對細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)節(jié)作用是通過與轉(zhuǎn)錄因子E2F-1的結(jié)合而實現(xiàn)的。（二）TP53基因p53的結(jié)構(gòu)及其在清除DNA損傷細(xì)胞中的作用 目前研究最多的抑癌基因。50%60的人類腫

16、瘤中有TP53基因突變。 P53蛋白的結(jié)構(gòu)。 TP53基因與細(xì)胞生長、增殖、凋亡、DNA修復(fù)等過程緊密相關(guān)。（三）PTEN基因PTEN通過阻斷PI3K/AKT信號通路抑制細(xì)胞的生長 PTEN是迄今發(fā)現(xiàn)的第一個具有雙特異磷酸酶活性的抑癌基因，其編碼產(chǎn)物PTEN具有磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸3-磷酸酶活性，催化水解PIP3成為PIP2，從而抑制PI3K/Akt信號通路，起到細(xì)胞生長負(fù)性調(diào)節(jié)的作用。 PIP3是胰島素、EGF等生長因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子。四、腫瘤發(fā)生發(fā)展涉及癌基因和抑癌基因的共同參與 目前普遍認(rèn)為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多個原癌基因和抑癌基因突變累積的結(jié)果，經(jīng)過起始、啟動、促進(jìn)和癌變幾個階

17、段逐步演化而產(chǎn)生。 （一）腫瘤發(fā)生發(fā)展涉及多種相關(guān)基因的改變1. 基因水平：外界致癌因素，或細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的惡化，突變基因數(shù)目增多，基因組變異逐步擴(kuò)大2. 細(xì)胞水平：要經(jīng)過永生化、分化逆轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化等多個階段，細(xì)胞周期失控細(xì)胞的生長特性逐步得到強化3. 組織水平：從增生、異型變、良性腫瘤、原位癌發(fā)展到浸潤癌和轉(zhuǎn)移癌從基因角度認(rèn)識結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展四、癌基因與抑癌基因在腫瘤發(fā)生中的作用特點（二）細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控是腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵1原癌基因和抑癌基因是調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程的重要基因 細(xì)胞周期調(diào)控體現(xiàn)在細(xì)胞周期驅(qū)動和細(xì)胞周期監(jiān)控兩個方面，后者的失控與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系最為密切。細(xì)胞周期監(jiān)測機(jī)制由DNA

18、損傷感應(yīng)機(jī)制、細(xì)胞生長停滯機(jī)制、DNA修復(fù)機(jī)制和細(xì)胞命運決定機(jī)制等構(gòu)成。腫瘤細(xì)胞的最基本特征是細(xì)胞的失控性增殖，而失控性增殖的根本原因就是細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的破壞，包括驅(qū)動機(jī)制和監(jiān)控機(jī)制的破壞。2原癌基因和抑癌基因還是調(diào)控細(xì)胞凋亡的重要基因 有些抑癌基因的過量表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡，而與細(xì)胞生存相關(guān)的癌基因的激活則可抑制凋亡，細(xì)胞凋亡異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。3. 非編碼RNA在腫瘤發(fā)生過程中也具有重要作用 如miRNA促進(jìn)正常細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化的因素 癌基因是能導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化和誘發(fā)癌癥的基因。絕大多數(shù)癌基因是細(xì)胞內(nèi)正常的原癌基因突變或表達(dá)水平異常升高轉(zhuǎn)變而來，某些病毒也攜帶癌基因。

19、在物理、化學(xué)及生物因素的作用下，從原癌基因轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂写龠M(jìn)細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化（癌變）的致癌基因的過程稱為原癌基因活化。原癌基因活化主要有基因突變、基因擴(kuò)增、染色體易位、啟動子或增強子獲得等機(jī)制。 生長因子是一類由細(xì)胞分泌的、類似于激素的信號分子，主要為多肽類，通過受體跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長與分化，與多種生理及病理狀態(tài)（如腫瘤、心血管疾病等）有關(guān)。不少生長因子已經(jīng)應(yīng)用于臨床疾病的治療。 原癌基因編碼的蛋白質(zhì)涉及生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的多個環(huán)節(jié)。 抑癌基因，也稱腫瘤抑制基因，是防止癌癥發(fā)生的基因，抑癌基因的部分或全部失活可顯著增加癌癥發(fā)生風(fēng)險。 抑癌基因?qū)?xì)胞增殖起負(fù)性調(diào)控作用，包括抑制細(xì)胞增殖、調(diào)控細(xì)

20、胞周期檢查點、促進(jìn)凋亡和參與DNA損傷修復(fù)等。 抑癌基因的失活機(jī)制包括基因突變、雜合性丟失和啟動子甲基化等。 腫瘤的發(fā)生發(fā)展是多個原癌基因和抑癌基因突變累積的結(jié)果，經(jīng)過起始、啟動、促進(jìn)和癌變幾個階段逐步演化而產(chǎn)生。謝 謝 觀 看2. 機(jī)制：（1）基因突變（2）基因擴(kuò)增（3）染色體易位（4）獲得啟動子或增強子三、原癌基因有多種活化機(jī)制1. 概念： 從正常的原癌基因轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺辜?xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的癌基因的過程稱為原癌基因的活化，這種轉(zhuǎn)變屬于功能獲得突變（gain-of-function mutation）。類別癌基因名稱作用細(xì)胞外生長因子SISINT-2PDGF-2FGF同類物，促進(jìn)細(xì)胞增殖跨膜生長

21、因子受體EGFRHER-2FMS、KITEGF受體，促進(jìn)細(xì)胞增殖EGF受體類似物，促進(jìn)細(xì)胞增殖M-CSF受體、SCF受體，促增殖細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子SRC、ABLTRKRAFRAS與受體結(jié)合轉(zhuǎn)導(dǎo)信號在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號MAPK通路中的重要分子MAPK通路中的重要分子核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子MYCFOS、JUN促進(jìn)增殖相關(guān)基因表達(dá)促進(jìn)增殖相關(guān)基因表達(dá)原癌基因編碼蛋白的分類及功能舉例五、癌基因是腫瘤治療的重要分子靶點（一）BRAF 60%黑素瘤中BRAF發(fā)生突變，其第600位AA從纈氨酸突變?yōu)楣劝彼幔╒600E）最為常見，導(dǎo)致B-Raf的持續(xù)激活。靶向藥物威羅菲尼（vemurafenib）。（二）HER2 30%乳腺癌中HER2基因擴(kuò)增或過表達(dá)。靶向藥物單克隆抗體赫賽汀（herceptin）。（三）BCR-ABL 95%的慢性髓性白血病中有BCR-ABL融合基因。靶向藥物伊馬替尼（imatinib）。名稱染色體定位相關(guān)腫瘤編碼產(chǎn)物及功能TP5317p13.1多種腫瘤轉(zhuǎn)錄因子p53 ，細(xì)胞周期負(fù)調(diào)