基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)腫瘤分子基礎(chǔ)課件

1、腫瘤的分子基礎(chǔ)腫 瘤 的 分 子 基 礎(chǔ) 腫瘤的一般生物學(xué)特征 腫瘤發(fā)生的致病因素 癌基因 抑癌基因 生長(zhǎng)因子與細(xì)胞增殖 腫瘤發(fā)生的新機(jī)制腫瘤組織的生物學(xué)特征細(xì)胞正常增殖是有目的、受機(jī)體生長(zhǎng)信號(hào)控制的增殖靜止分化衰老凋亡ApoptosisSenescence正常細(xì)胞的五大命運(yùn)細(xì)胞非正常增殖是無(wú)目的不受機(jī)體生長(zhǎng)信號(hào)控制的增殖Quiescence分化衰老凋亡XXX腫瘤細(xì)胞命運(yùn)軌跡的改變Cancer is a loss of growth regulationCells grow when they shouldnt, forming a tumorCells grow where they sho

2、uldnt invase, metastasize.Cancer Cell PhenotypesImmortalizationindefinite growth (no other phenotype changes)Transformationindependence of factors normally required for growthMetastasiscells are mobile; invade normal tissuenormal and transformed cellsNORMALTRANSFORMED腫瘤組織的生物學(xué)特征無(wú)限增殖能力抗凋亡能力持續(xù)血管生成組織的侵襲

3、與轉(zhuǎn)移抗增殖信號(hào)的不敏感實(shí)體腫瘤的發(fā)生與發(fā)展與治療傳統(tǒng)方法: 手術(shù) ；化療； 放療；現(xiàn)代方法： 靶向治療；免疫治療治療方式：腫瘤發(fā)生的致病因素What factors are involved ?How cells are transformed into malignancy ?疼痛是什么？個(gè)體易感因素Cancer is a genetic disease of somatic cellsMutations in specific genes can cause a normal cell to become cancerousAlexander Hadddow (1937)分子腫瘤學(xué)階段的

4、腫瘤診斷黃曲霉素、尼古丁、亞硝胺等乙肝病毒、RNA病毒等紫外線，射線哲學(xué)的觀點(diǎn)：“外因是變化的條件，內(nèi)因是變化的根據(jù)， 外因通過(guò)內(nèi)因而起作用”。ProliferationApoptosis細(xì)胞增殖和凋亡的平衡點(diǎn)移動(dòng)是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的重要原因癌基因抑癌基因 癌 基 因（oncogene） History最初的定義：體外引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化，體內(nèi)誘發(fā)腫瘤的基因 1911年 Peyton Rous應(yīng)用含有肉瘤病毒的雞 肉瘤無(wú)細(xì)胞濾液接種正常雞誘發(fā)新的腫瘤 該腫瘤病毒命名為Rous肉瘤病毒（RSV） History RSV中src癌基因從何而來(lái)？ 1970年，Martin從RSV中分離出第一個(gè)病毒癌基因src。

5、 src：sarcoma肉瘤 RSV本身； 患有惡性肉瘤雞； 其它地方？ History1976年,Harold Varmus和J.Michael Bishop利用Southern blot技術(shù)發(fā)現(xiàn)：答案：1.不僅雞DNA含Src，它普遍存在動(dòng)物細(xì)胞基因組DNA中。2.RSV從宿主細(xì)胞基因組處剽竊了Src 基因。 Rous肉瘤病毒的生活周期圖1 RNA病毒和生活周期示意圖（1）病毒癌基因(v-onc),它起源于細(xì)胞癌基因(c-onc)圖2 RNA病毒與宿主細(xì)胞整合過(guò)程示意圖病毒癌基因vs細(xì)胞癌基因（聯(lián)系）C-SrcV-Src（2） c-onc有內(nèi)含子存在，而v-onc是連續(xù)的； 病毒癌基因vs

6、細(xì)胞癌基因（區(qū)別）（2）相對(duì)c-onc，v-onc調(diào)控區(qū)中啟動(dòng)子和增強(qiáng)子活性增強(qiáng)； 病毒癌基因vs細(xì)胞癌基因（區(qū)別）病毒癌基因（viral oncogene）：由病毒攜帶并傳播的，可以引起宿主正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因。細(xì)胞癌基因（cellular oncogene）：亦稱原癌基因(proto-oncogene)，是細(xì)胞內(nèi)正常存在的基因，通常參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)。它的突變或不恰當(dāng)表達(dá)會(huì)引起細(xì)胞的癌變。病毒癌基因 vs 細(xì)胞癌基因概念：細(xì)胞癌基因的分類與功能 類別 癌基因 表達(dá)產(chǎn)物 src家族 abl、fes 、fgr 、fps 、fym 、 多具有酪氨酸蛋白激酶活性并與 kek 、lck

7、、yes 、src 胞膜結(jié)合，多有同源性 ras家族 H-ras、K-ras、N-ras 為21kD的小G蛋白，即p21 myc家族 c-myc、l-myc、m-myc DNA結(jié)合蛋白 sis家族 sis p28,與PDGF-同源 erb家族 erb-A、erb-B、fms 、trk 細(xì)胞骨架蛋白類 myb家族 myb 、myb-et 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 細(xì)胞癌基因的功能：參與調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖.細(xì)胞癌基因表達(dá)產(chǎn)物的種類生長(zhǎng)因子（ sis、int-2 ）生長(zhǎng)因子受體（ HER-2、fms、kit ）胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子（ ras、src、fyn、raf、abl ）核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子（ myc、c-jun

8、、fos ）Oncogenes as Signal TransducersGrowth Factorsv-sis, int-1, int-2, hst, fgf-5Growth Factors Receptorsv-erb-B, v-fms, v-kit, v-ros Signal Transducersv-ras, v-src, v-raf/mil, v-abl, v-mos, v-crk Transcription Factorsv-ets, v-myc, v-myb, v-rel, v-ski, v-erb-ACYTOPLASMEXTRACELLULARNUCLEUS原癌基因的產(chǎn)物與功能

9、1細(xì)胞外生長(zhǎng)因子 (sis PDGF)sis原癌基因的產(chǎn)物與功能2跨膜的生長(zhǎng)因子受體 (erbB家族) 原癌基因的產(chǎn)物與功能3細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)體 (Src) 原癌基因的產(chǎn)物與功能4 核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子 (Myc) p14(ARF)MycProliferationApoptosisp53?Damage SentinelDifferentiationDNA damage stressTrophic Sentinel Cytochrome CSurvival factorsBcl-2/Bcl-XLMyc is an on-off molecule in cell differentiation and pr

10、oliferation C-Myc, N-Myc, L-MycSwitching the Myc gene on and off controls whether mice liver cells become cancerous. When switched on, the liver cells in mice form a tumor. When Myc is turned off, the cells are transformed into normal liver tissue. Switching off gene turns cancer cell healthy in mic

11、eMyc Target Genes a -ProthymosinUnkown functionODC Polyamine biosynthesisCdc25A Cell cycleCyclin D1Cell cycleeIF-2Protein SynthesiseIF4EProtein syntheisARF or p19 Apoptosis/Checkpoint controlCdc2Cell cycleCyclin ACell cycleCyclin ECell cycleTaken from Dang, Mol Cell Biol 19:1-11 腫瘤的種子？ 病毒基因啟動(dòng)子及增強(qiáng)子的插

12、入 染色體易位 (chromosomal translocation) 原癌基因擴(kuò)增 (c-oncogene amplification) 點(diǎn)突變 (point mutation) 癌基因活化的機(jī)制- 1 病毒基因啟動(dòng)子及增強(qiáng)子的插入 癌基因活化的機(jī)制- 1A.B. 病毒基因啟動(dòng)子及增強(qiáng)子的插入 染色體易位 (chromosomal translocation) 原癌基因擴(kuò)增 (c-oncogene amplification) 點(diǎn)突變 (point mutation) 癌基因活化的機(jī)制- 2 染色體易位 (chromosomal translocation) 癌基因活化的機(jī)制- 2mycBu

13、rkitts Lymphoma8:14 translocation淋巴瘤 病毒基因啟動(dòng)子及增強(qiáng)子的插入 染色體易位 (chromosomal translocation) 細(xì)胞癌基因擴(kuò)增 (c-oncogene amplification) 點(diǎn)突變 (point mutation) 癌基因活化的機(jī)制- 3 原癌基因擴(kuò)增 (c-oncogene amplification) 癌基因活化的機(jī)制- 3Normal chrm 1neuroblastoma Chrm1 AmplifiedN-myc gene 細(xì)胞內(nèi)一些基因通過(guò)不明原因的復(fù)制成多拷貝，這些DNA或以游離的形式存在；或再次整合入染色體形成均

14、染區(qū) 病毒基因啟動(dòng)子及增強(qiáng)子的插入 染色體易位 (chromosomal translocation) 原癌基因擴(kuò)增 (c-oncogene amplification) 點(diǎn)突變 (point mutation) 癌基因活化的機(jī)制- 4 點(diǎn)突變 (point mutation) -癌基因活化的主要方式 癌基因活化的機(jī)制- 4Ras(p21ras)是一種小分子G蛋白，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用。正常Ras的作用因其自身的GTP酶活性而受到嚴(yán)格控制。突變了的Ras其GTP酶活性喪失，失去了原有的控制，致使增殖信號(hào)持續(xù)作用，細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。例如：細(xì)胞癌基因活化協(xié)同作用的結(jié)局 出現(xiàn)新的表達(dá)產(chǎn)物 出現(xiàn)過(guò)量

15、的正常表達(dá)產(chǎn)物 出現(xiàn)異常、截短的表達(dá)產(chǎn)物 腫瘤的發(fā)生(tumorigenesis)陰陽(yáng)：Oncogenes （癌基因）Promote ProliferationPromote SurvivalInhibit ApoptosisInhibit DifferentiationTumor Suppressor Genes（抑癌基因）Inhibit ProliferationInhibit SurvivalStimulate ApoptosisInduce Differentiation 抑 癌 基 因 （tumor suppressor gene） History1969年 Henry Harris

16、 體細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)?zāi)[瘤細(xì)胞(Hela)正常細(xì)胞(成纖維細(xì)胞)雜交細(xì)胞正常表型 正常細(xì)胞中可能存在腫瘤抑制基因抑癌基因（tumor suppressor gene）：也稱為腫瘤抑制基因，這類基因在調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，并能潛在地抑制腫瘤生長(zhǎng)。抑癌基因的定義確定抑癌基因的三個(gè)基本條件在惡性腫瘤相應(yīng)的正常組織中，該基因必須正常表達(dá)123在惡性腫瘤中，該基因有功能失活或結(jié)構(gòu)改變或表達(dá)缺陷將這種基因的野生型導(dǎo)入基因異常的腫瘤細(xì)胞中，可部分或完全改變其惡性表型常見(jiàn)的抑癌基因 名稱 相關(guān)腫瘤 作用 P53 多種腫瘤 編碼p53蛋白（轉(zhuǎn)錄因子） Rb 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤，骨肉瘤，肺癌 編

17、碼Rb蛋白（轉(zhuǎn)錄因子） P16 黑色素瘤 編碼P16蛋白 DCC 結(jié)腸癌 編碼表面糖蛋白（細(xì)胞黏著分子） VHL 小細(xì)胞肺癌，宮頸癌 編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白 WT1 腎母細(xì)胞瘤 編碼鋅指蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）一、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因 (retinoblastoma gene, Rb) 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤 Rb蛋白的作用機(jī)理負(fù)調(diào)控E2F的轉(zhuǎn)錄活性。抑制細(xì)胞增殖。二、抑癌基因 p53抑癌基因可以是腫瘤特異性的： 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤 Rb基因 乳腺癌 BRCA基因抑癌基因可以是各種腫瘤廣泛存在的： 50腫瘤有p53突變抑癌基因p53 - 四聚體結(jié)構(gòu) 分子量：半衰期：2030分鐘細(xì)胞周期的調(diào)控：P21 決定是否啟動(dòng)DNA合

18、成 決定細(xì)胞是否凋亡 DNA修復(fù) 細(xì)胞生長(zhǎng)抑制 細(xì)胞凋亡P53蛋白的生物學(xué)功能 “基因衛(wèi)士”p53 在腫瘤發(fā)生發(fā)展的各階段均有作用NATURE BIOTECHNOLOGY VOL 22 （1 ） JANUARY 2004 China approves first gene therapyNature Biotechnology 2004 Jan; 22：3-4抑癌基因 p53的機(jī)制與功能-探索Ndrg2N-Myc downstream-regulated gene 2 (Ndrg2) is involved in p53-mediated apoptosis Nucleic Acids Res

19、earch 2008; 36(16):5535-49 P53信號(hào)通路圖 生長(zhǎng)因子與細(xì)胞增殖 癌基因、抑癌基因與腫瘤腫瘤的三大信號(hào)通路信號(hào)分子惡 性 腫 瘤多細(xì)胞生物基本的生命現(xiàn)象細(xì)胞增殖細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)特定靶細(xì)胞生長(zhǎng)與分化主要為肽類生長(zhǎng)因子是細(xì)胞的增殖信號(hào)大多為旁分泌化學(xué)信號(hào)生長(zhǎng)因子是細(xì)胞的增殖信號(hào)分裂期間期靜止期生長(zhǎng)因子 生長(zhǎng)因子：調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的一類重要多肽類物質(zhì)How a growth factor speaks to a cell ?細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) Cell Signal Transduction生長(zhǎng)因子的作用機(jī)制生長(zhǎng)因子的概念生長(zhǎng)因子：具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖作用的信號(hào)分子，通過(guò)其特異性

20、受體，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)最終作用于細(xì)胞增殖相關(guān)基因，以影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。主要生長(zhǎng)因子的來(lái)源和靶細(xì)胞 名稱 來(lái)源 主要靶細(xì)胞神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF)頜下腺神經(jīng)細(xì)胞類胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF)肝臟多種組織細(xì)胞表皮生長(zhǎng)因子（EGF)頜下腺表皮細(xì)胞血小板源生長(zhǎng)因子（PDGF)血小板平滑肌細(xì)胞膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF)腫瘤等惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞上皮細(xì)胞促紅細(xì)胞生成素（EPO)腎臟，肝臟紅細(xì)胞 Stanley Cohen Rita Levi-Montalcini USA Vanderbilt University School of Medicine Nashville, TN, USA Institute of

21、Cell Biology of the C.N.R Rome, Italy b. 1922b. 1909(in Turin, Italy)第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的生長(zhǎng)因子-神經(jīng)生長(zhǎng)因子 （nerve growth factor, NGF） Rita Levi Montalcini于1948年在實(shí)驗(yàn)中觀察到：將小鼠肉瘤細(xì)胞注入雞胚胎可促進(jìn)神經(jīng)節(jié)的生長(zhǎng)，她假說(shuō)腫瘤細(xì)胞分泌出一種促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)的因子。并證明它對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)出來(lái)的其他動(dòng)物神經(jīng)組織也有相同的作用。 1953年，她與Stanley Cohen一起以化學(xué)方法自肉瘤、頜下腺中分離出神經(jīng)生長(zhǎng)因子。NGF的發(fā)現(xiàn)使人們找到許多疑難病的病因，為生物學(xué)研究開(kāi)辟了新

22、的道路。為此，他們一起榮獲1986年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。主要生長(zhǎng)因子的來(lái)源和靶細(xì)胞 名稱 來(lái)源 主要靶細(xì)胞神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF)頜下腺神經(jīng)細(xì)胞類胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF)肝臟多種組織細(xì)胞表皮生長(zhǎng)因子（EGF)頜下腺表皮細(xì)胞血小板源生長(zhǎng)因子（PDGF)血小板平滑肌細(xì)胞膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF)腫瘤等惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞上皮細(xì)胞促紅細(xì)胞生成素（EPO)腎臟，肝臟紅細(xì)胞主要的生長(zhǎng)因子家族 神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族 NGF在生理情況下具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用；在神經(jīng)損傷時(shí)則促進(jìn)神經(jīng)再生和神經(jīng)功能的恢復(fù)。該家族還有腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF）、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素

23、3和4（neurotrophin 3, 4, NT3, NT4）等。(2) 表皮生長(zhǎng)因子家族 EGF是由53個(gè)氨基酸組成的多肽，在細(xì)胞的分裂與分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。TGF是表皮生長(zhǎng)因子家族的另一重要成員，主要是由腫瘤細(xì)胞自分泌產(chǎn)生,其結(jié)構(gòu)與功能都與EGF十分相似,相當(dāng)于胚胎期的EGF，亦存在于胚胎組織中。主要的生長(zhǎng)因子家族(3) 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子家族 TGF 家族包括TGF13，骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenic protein, BMP）、活化素（activin）等。具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)與分化的作用。TGF超家族約有40余個(gè)成員。(4) 胰島素樣生長(zhǎng)因子家族 目前已從血清中獲得兩種IGF，IGF的結(jié)構(gòu)與胰島素原十分相似(序列上有50%同源)，主要由肝細(xì)胞產(chǎn)生，具有更強(qiáng)的促細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。主要的生長(zhǎng)因子家族（6）其他 促紅細(xì)胞生成素、白細(xì)胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子以及其他一些細(xì)胞因子也具有生長(zhǎng)調(diào)節(jié)作用。（2）蛋白絲氨酸和蘇氨酸激酶受體 TGFI型受體和II型受體、骨形成蛋白受體主要的生長(zhǎng)因子受體（1）蛋白酪氨酸激酶受體 EGF受體、FGF受體、PDGF受體、HGF受體、 VEGF受體、胰島素受體