分子生物學-疾病與人類健康.ppt

1、疾病與人類的健康有關，現(xiàn)代科學認為疾病的發(fā)生本質(zhì)上直接或間接與基因有關。 因此，從某種意義上說，人類的疾病都是“基因病”。古典的單基因病：某個單基因部位發(fā)生了缺陷等位基因。 多基因?。憾鄠€基因與調(diào)控這些基因表達的環(huán)境因子的相互作用。 獲得性基因病：病原微生物感染引起的感染是病原微生物基因組與人基因組相互作用的結(jié)果，與基因結(jié)構(gòu)和表達模式變化相關，腫瘤(tumor/neoplasm):是未經(jīng)正常生長調(diào)控而繁殖的細胞群。 良性腫瘤：生長局限于自己的正常位置，不感染周圍組織和其他器官。 惡性腫瘤(癌): 具有感染性和轉(zhuǎn)移性，可感染、破壞鄰近的正常組織，并隨循環(huán)系統(tǒng)散布于更遠的組織。 癌癥的發(fā)生率隨著年

2、齡的增長而急劇上升。 人的年齡在40-80之間，癌癥的發(fā)生呈指數(shù)增加，表明癌癥的發(fā)生是一系列獨立事件的綜合結(jié)果。 體外培養(yǎng)的正常細胞和轉(zhuǎn)化細胞不同2種癌基因原癌基因的表達調(diào)控原癌基因產(chǎn)物及其分類抑癌基因產(chǎn)物對原癌基因的調(diào)控，永生化(immortalization):是細胞無限增殖的特性轉(zhuǎn)化(transformation ) :是包含一系列變化、能夠使永生細胞不受生長約束的腫瘤細胞是永生化、轉(zhuǎn)化的細胞，對血清生長因子的需求不同，腫瘤細胞對細胞生長因子的依賴性減少，一些腫瘤細胞在沒有正常細胞生長所必需的外源因子的情況下繁殖，有時腫瘤細胞自身產(chǎn)生生生長因子驅(qū)動自我繁殖體外培養(yǎng)的正常細胞對血清生長因子

3、的需求很高，體外培養(yǎng)的正常細胞與轉(zhuǎn)化細胞的差異，正常細胞的表達密度依賴型，即正常細胞培養(yǎng)物維持在一定水平的血清生長因子，繁殖到一定的細胞密度就停止生長。 如果降低細胞密度繼續(xù)培養(yǎng)，細胞就會恢復繁殖。 轉(zhuǎn)化細胞繼續(xù)繁殖到更高的細胞密度。 細胞密度、錨定依賴性、正常細胞體外培養(yǎng)時必須附著于固體基質(zhì)如培養(yǎng)盤表面才能生長。 腫瘤細胞可浮游生長而不附著于表面，這種特性稱為錨定不依賴性(ancherage independence )。 增殖生命周期、正常細胞體外繁殖能力有限，分裂一定次數(shù)后停止生長死亡。 轉(zhuǎn)化細胞可以繼續(xù)生長，這種永久培養(yǎng)物被稱為“建立、持續(xù)或無限增殖細胞系”。 抑制移動的接觸，正常細胞

4、沿培養(yǎng)盤表面移動，但與附近細胞接觸后停止移動。 轉(zhuǎn)化細胞不表現(xiàn)出這種轉(zhuǎn)移的接觸抑制。normalfibroblastsgrowasalayerofflat、spread-out cells、whereastransformedfibroblastsareroundedupandgrowincellmasses.thecultu thoseontherightcontaintransformedcells .2種癌基因、細胞癌基因(cell oncogene，c-onc )病毒癌基因(virus oncogene，v-oncogene在正常細胞中是這些基因因為只有在細胞癌變時才有活性，所以原癌基

5、因原癌基因不活性化時，可以促進正常細胞的生長、增殖、分化、發(fā)育等，屬于“看守基因”的活性化則變成細胞癌基因，可以將正常細胞轉(zhuǎn)化成腫瘤細胞。 (原癌基因由于放射線和化學致癌物質(zhì)等外在因素，在數(shù)量和構(gòu)造上發(fā)生微小的變化。 病毒癌基因(virus oncogene，v-onc )病毒所具有的轉(zhuǎn)化因子，編碼這些基因的主要是DNA病毒和RNA病毒。DNA病毒RNA病毒、乙肝病毒(HBV )、乳頭瘤病毒(papillomaviruses )、腺病毒(adenoviruses )病毒(simian virus 40) SV40 ) 痘病毒(poxviruses )、DNA病毒、Rous于1911年首先發(fā)現(xiàn)和

6、研究了雞肉瘤病毒(后來稱勞斯肉瘤病毒Rous sarcoma virus，RSV )，RNA病毒-逆轉(zhuǎn)錄病毒，該RNA是病毒DNA根據(jù)RNase分解RNA，以此DNA為模板，利用DNA聚合酶指導第二條DNA鏈的合成。 雙鏈DNA嵌入宿主細胞的基因組中。 合并的逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA分子稱為原病毒。 retroviruses (HIV ) budfromtheplasmamembraneofaninfectedcell.photographkindlyprovidedbymatthewgonda .Gag: Env :病毒外膜糖蛋白Gag:病毒外包蛋白基因Pol:逆轉(zhuǎn)錄酶和整合素基因env基因、病毒外

7、膜糖蛋白基因、hivthehumanimmunodeficiencyvirus (人免疫缺陷病毒)、 核苷酸型逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑誘發(fā)人獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immuno-deficiency syndrome )非核苷酸型逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，RNA逆轉(zhuǎn)錄瘤病毒是急性轉(zhuǎn)化型acute非急性轉(zhuǎn)化型non defective ve 非急性轉(zhuǎn)化型Nondefective virus在癌基因依賴LTR中不具有強啟動子作用原癌基因，誘發(fā)癌化感染后長時間病毒開始發(fā)生腫瘤的病毒的腫瘤性不依賴于該癌基因，可以激活細胞內(nèi)原癌基因的表達，急性轉(zhuǎn)化型AAS 這種病毒感染動物后，短時間內(nèi)實體腫瘤和白血腫攜帶的

8、癌基因位于病毒基因組內(nèi)部，基因組的3個端部，而沒有插入結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部的具有體外形質(zhì)轉(zhuǎn)換細胞的能力缺陷型逆轉(zhuǎn)錄病毒輔助病毒的存在表達為復制。transformingretroviruscarriesacopyofacellularsequenceinplaceofsomeofitsowngene (s )，急性轉(zhuǎn)換型： replication-defeed反轉(zhuǎn)錄病毒基因組中包含的o 這些動物和人原癌基因被病毒修飾改造，成為病毒基因組的一部分，具有致癌性。 細胞原癌基因大多為斷裂基因，具有插入序列，而病毒致癌基因往往是未斷裂的完整編碼框架。 實驗證明，斷裂基因、不完全斷裂的可讀框架、癌基因產(chǎn)物的協(xié)同

9、作用，在細胞周期中G1期對細胞生長的調(diào)控具有重要意義，由于此時相存在“生長調(diào)控點”，在正常情況下，細胞通過對信號的響應，發(fā)揮生長調(diào)控點的調(diào)節(jié)作用，使細胞通過， 向s進化的cmyc的表達有可能使細胞通過“生長調(diào)控點”獲得潛能，而c-ras的表達增強了cmyc的這種作用潛能，兩者的協(xié)同作用似乎使細胞向s期過剩成為可能。 即c-myc和c-ras表達的協(xié)同作用是細胞分裂的必要步驟。 用ras和myc同時轉(zhuǎn)染細胞，可以長期增殖細胞，但不能轉(zhuǎn)化成癌細胞，也不能在裸鼠體內(nèi)形成腫瘤。 然而，如果在ras myc中同時轉(zhuǎn)染細胞，細胞就會轉(zhuǎn)化成癌細胞。 說明：致癌需要至少兩種以上的onc協(xié)同作用，兩種onc通過

10、兩個途徑工作，細胞增殖調(diào)控是多因素，因此影響多階段的結(jié)果。 另一方面，由于影響增殖分化的onc達數(shù)十種，因此癌的發(fā)生多階段多階段，定量模型： vonc的表達失去控制，導致基因的過度表達，過度表達導致腫瘤形成。 例如，mos、sis、myc等?；蛩鼈兊谋磉_不閉合的定性模型： v-onc蛋白產(chǎn)物性質(zhì)的變化。 蛋白質(zhì)的局部化和感受性等更加致癌性。 這些新性狀對細胞有毀滅性的影響，v-onc為什么是致癌性的呢？ 原癌基因是參與細胞內(nèi)細胞增殖的正?；?，是維持機體正常生命活動所必需的，具有進化上的高保守性。 正常細胞中通常以單拷貝的形式存在，只有低水平的表達，或完全不表達。 原癌基因的結(jié)構(gòu)通常引起點突變

11、或插入、重排、缺失及擴增等，使其轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變。 原癌基因的表達調(diào)控、堿基缺失或單堿基突變、基因擴增、染色體重排、蛋白質(zhì)活性大大提高，蛋白質(zhì)不變化，但總量大大提高，例如，在Ha-ras原癌基因的第二外顯子中，p21第61個Gln位于Leu 因此，在p21分子的一部分部位，產(chǎn)生能夠引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的單一氨基酸替代物，使細胞得到轉(zhuǎn)化活性。 點突變，Ras-GDP為惰性狀態(tài)，Ras-GTP為活性狀態(tài)，作用于其靶分子。 GTP activating protein，促進GTP的水解制成GDP。 g交換因子、GEF、促進Ras用GDP交換的GTP癌基因vRas編碼的Ras對Ras-GAP不起作用。

12、由此，Ras永遠處于激活狀態(tài)，連續(xù)刺激靶分子，相當一部分基因永久表達。 這是癌癥發(fā)生的機理之一。 GTP結(jié)合蛋白類ras、LTR(long terminal repeat ) :逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組兩端的長末端重復序列，其結(jié)構(gòu)中含有強啟動子序列。 LTR插入原癌基因的啟動子區(qū)或鄰近部位，可根本改變基因的正常調(diào)控規(guī)律。 另外，LTR插入、c-myc的編碼順序不變，僅僅失去了正常的病毒控制。 導致表達量的增加而致癌。 許多類型的人腫瘤存在染色體數(shù)量和結(jié)構(gòu)異?，F(xiàn)象，表明原癌基因重排的可能性。 原癌基因之間，或者原癌基因和非原癌基因之間的重排。 在基因重排、Burkitt淋巴瘤中，c-myc位于8q24

13、IgH，14q32 Ig位于22q12 Ig，2q11 c-myc在從其上游區(qū)到第二外顯子的區(qū)域內(nèi)斷裂，轉(zhuǎn)位到IgH、Ig或Ig部位， 大量表達Ig基因和本來不表達c-myc的c-myc基因，在正常人細胞中，非受體酪氨酸激酶基因abl位于第9號染色體上，表達量極低，不誘發(fā)癌變。 在慢性骨髓瘤患者細胞中，該基因轉(zhuǎn)移到第22號染色體，與bcr基因融合，表達量大幅提高。 很多原癌基因5上游存在負調(diào)控序列，如果該序列缺失或突變，將喪失抑制基因表達的能力，基因缺失，部分原癌基因5上游存在負調(diào)控序列，該序列缺失或突變將喪失抑制癌基因表達的能力。 Brukitt淋巴瘤中的c-myc因負調(diào)控序列的缺失或LTR

14、插入而增強表達。 增加每個細胞的基因拷貝數(shù)，直接增加可利用的轉(zhuǎn)錄模板數(shù)，增加基因表達。 基因擴增在正常細胞生長發(fā)育過程中需要很多相關蛋白質(zhì)，通過基因擴增方式有增加表達量的效果。 在腫瘤細胞中，DNA擴增的發(fā)生頻率至少比正常細胞高一千倍。 癌基因通常是腫瘤細胞中DNA擴增的靶點，實驗證明在各種人腫瘤中發(fā)現(xiàn)了十多種癌基因擴增。 其機制是原癌基因擴增后的過度表達。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)雖然沒有改變，但總量有很大提高，基因相互作用和癌基因表達，(1)染色體序列對原癌基因表達的影響基因表達不僅取決于基因本身及其鄰近區(qū)域的一級結(jié)構(gòu)，還取決于其空間序列即染色體上基因的空間序列和染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 如果兩個基因過于接近，往往

15、難以形成有利于高效轉(zhuǎn)錄的空間結(jié)構(gòu)。 基因區(qū)：基因與基因之間的間距基因區(qū)效應：如果同一DNA鏈上具有相同轉(zhuǎn)錄方向的2個基因間隔小于一定長度，則會影響高效轉(zhuǎn)錄所需的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，導致這2個基因中的一個或兩個無法轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄活性顯著下降。 原癌基因產(chǎn)物及其分類、原癌基因產(chǎn)物的共同特征：可誘發(fā)一系列與細胞生長分化相關的基因表達，改變細胞的表型。 根據(jù)細胞中的位置不同，與膜結(jié)合的蛋白(erb B、neu、fms、src基因產(chǎn)物)可溶性蛋白(mos、sis、fps基因產(chǎn)物)核蛋白(myc、ets、jun， 根據(jù)這些蛋白質(zhì)分為myb基因三類的功能：生長因子類生長因子受體類GTP結(jié)合蛋白質(zhì)激酶類核蛋白質(zhì)類功

16、能未知類、癌基因編碼信號轉(zhuǎn)導級聯(lián)反應的蛋白質(zhì)、(2)原癌基因最終產(chǎn)物對基因表達的調(diào)控， 某原癌基因產(chǎn)物對其他原癌基因表達的調(diào)控作用對某種原癌基因產(chǎn)物自我表達的反饋調(diào)控作用，癌基因產(chǎn)物通過介質(zhì)傳遞生長刺激信號的部位有3處，癌基因產(chǎn)物模擬結(jié)合配體的生長因子受體， 無外源生長因子時提供促進細胞分裂信號的癌基因產(chǎn)物作用于細胞內(nèi)的生長調(diào)控途徑，消除該途徑對外源刺激信號的需求，生長因子類sis、sis過度表達基因調(diào)控元件突變，細胞大量合成， 癌基因產(chǎn)物通過介質(zhì)傳遞生長刺激信號的部位有3個：癌基因產(chǎn)物本身模擬生長因子，并通過與其相應的受體作用自身分泌刺激細胞的生長。 癌基因產(chǎn)物模擬結(jié)合配體的生長因子受體，無外源生長因子時提供促進細胞分裂