分子生物学癌基因和抑癌基因

第二十章癌基因、抑癌基因与生长因子Oncogenes,Anti-oncogenesandGrowthFactorsThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofBMUKonglijun13806380212正调节信号：促进细胞生长与增殖、阻止细胞发生终末分化，支持细胞存活。调控失常则表现为肿瘤的恶性生长。是多数癌基因的作用。负调节信号：抑制增殖、促进分化、成熟和衰老及凋亡（apoptosis）。抑癌基因的作用。正常情况下细胞的增殖受到多种因素的调控，调控的失衡可能引起异常的增殖和持续的分裂。肿瘤的发生是由于细胞增殖与分化失常所导致的恶性生长现象。细胞正常生长与增殖受两大类基因编码产物调控①控制细胞增殖的原癌基因活化或肿瘤抑制基因失活；②促细胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因（抑癌基因）功能增强；③DNA修复基因失活，使突变在细胞内积累，并且累及到调节细胞增殖及细胞凋亡的基因。这些基因中某一基因的单一突变所致肿瘤发生的几率较小，数种相关基因突变的积累最终将导致肿瘤发生、发展与转移。在基因水平促使细胞增殖及凋亡失衡导致细胞恶变的原因有癌基因抑癌基因细胞增殖生长因子正调控负调控产物癌基因、抑癌基因与生长因子的关系癌基因和肿瘤抑制基因在细胞增殖中的作用癌基因Oncogenes第一节癌基因的发现及概念最早发现于可导致肿瘤发生的病毒中，被称为病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)。后来的研究发现，癌基因是基因组内正常存在的基因，是细胞内总体遗传物质的一部分，人们把这类存在于生物正常组织细胞基因组中的癌基因称为原癌基因（protooncogenes，pro-onc）或细胞癌基因（cellular-oncogene，c-onc），存在于病毒中的被称为病毒癌基因。癌基因(oncogene)及其表达产物是细胞正常生理功能的重要组成部分，癌基因所编码和表达的蛋白质在正常条件下并不具有致癌活性。癌基因(oncogene)的概念：是细胞内控制细胞生长和分化的基因，它的结构异常或表达异常，可以引起细胞癌变。指凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内信号转导分子以及与生长有关的转录调节因子等的基因。广义的癌基因：(oncogene）癌基因包括：病毒癌基因（v-onc）存在于病毒中细胞癌基因（c-onc）正常细胞具有致癌潜力的基因肿瘤细胞形态结构发生变化培养中的正常的成纤维细胞呈扁平梭形（左），当这种细胞转化成癌细胞后就变成球形了（右）。一、细胞癌基因细胞癌基因(cellular-oncogene，c-onc)存在于生物正常细胞基因组中的癌基因（c-onc），在正常情况下处于静止或低水平表达状态，其表达产物参与调节正常细胞的生长与分化。由于细胞癌基因在正常细胞中以非激活的形式存在，不致癌，故又称原癌基因(proto-oncogenes，pro-onc)。原癌基因癌基因细胞癌变物理、化学、生物突变、扩增、激活被转导入反转录病毒而活化病毒癌基因v-con广泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用通过其产物蛋白质来体现；表达产物对正常细胞无害，而且对细胞正常生长、繁殖、发育和分化起精确调控。在某些因素作用下被激活（基因结构或表达水平异常）后形成癌性的细胞转化基因。细胞癌基因/原癌基因的特点1.src家族：产物多具有酪氨酸蛋白激酶活性，能促进增殖信号的转导。2.ras家族：编码小G蛋白p21，参与cAMP水平的调节。3.myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。4.sis家族：编码的p28，能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖。5.myb家族：核内转录因子细胞癌基因的分类及其产物类别癌基因名称作用生长因子类SISPDGF-2INT-2FGF同类物，促进细胞增殖蛋白酪氨酸激酶类生长因子受体EGFREGF受体，促进细胞增殖HER-2EGF受体类似物，促进细胞增殖FMS、KITM-CSF受体、SCF受体，促增殖膜结合的蛋白酪氨酸激酶SRC、ABL与受体结合转导信号细胞内蛋白酪氨酸激酶TRK在细胞内转导信号细胞内蛋白丝/苏氨酸激酶RAFMAPK通路中的重要分子与膜结合的GTP结合蛋白RASMAPK通路中的重要分子核内转录因子MYC促进增殖相关基因表达FOS、JUN促进增殖相关基因表达人体内细胞癌基因的分类及功能举例癌基因最早发现于逆转录病毒中。1911年，F.Rous医生首次提出病毒引起肿瘤，但直到上一世纪50年代才得到实验证实，命名为罗氏肉瘤病毒（RousSarcomaVirus，RSV）。二、病毒癌基因一类能使敏感宿主细胞产生肿瘤或者使培养细胞转化成癌细胞的动物病毒。肿瘤病毒有DNA病毒和RNA病毒之分。病毒癌基因最初发现于RNA病毒（鸡Rous肉瘤病毒）肿瘤病毒存在于肿瘤病毒（多数属于逆转录病毒）基因组中，可以使靶细胞发生恶性转化的基因。目前已发现的病毒癌基因有30多种，主要是RNA病毒，大多数是逆转录病毒。也可以是DNA病毒，如乙型肝炎病毒。病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)存在于病毒（DNA肿瘤病毒或RNA反转录病毒）基因组中的癌基因，通常不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖，从而导致宿主细胞发生恶性转化。如，最早鉴定的禽类肉瘤病毒(RSV)基因组中的src基因调节和启动转录LTRgagpolenvsrcLTR长末端重复序列癌基因正常的病毒基因病毒核心蛋白逆转录酶和整合酶病毒外膜蛋白酪氨酸蛋白激酶禽肉瘤病毒(RSV)基因组结构促进增殖信号的转导，细胞恶化病毒复制所需要病毒癌基因v-src来源于宿主细胞的C-SRC基因RNA病毒和宿主细胞基因组整合过程示意图细胞癌基因宿主细胞的细胞癌基因导入RSV基因组内，使RSV转变为携带src基因的病毒，获得致癌能力。虽然病毒癌基因来源于宿主细胞，但整合过程中，其结构发生变化（内含子缺失、编码区截短、突变），病毒癌基因对细胞的恶性转化明显强于细胞中的原癌基因。正常宿主细胞存在在scr基因无癌基因的RSV细胞癌基因与病毒癌基因的差别1、病毒癌基因没有内含子；2、病毒癌基因编码序列有点突变或缺失突变；3、病毒癌基因表达的蛋白质有较强的细胞转化活性；4、细胞原癌基因的产物正性调节细胞增殖。三、癌基因活化的机制癌细胞基因在物理、化学因素的作用下发生突变，表达产物的质和量的变化、表达方式在时间及空间上的改变，都有可能使细胞脱离正常的信号控制，获得不受控制的异常增殖能力而发生恶性转化。从正常的原癌基因转变为具有使细胞转化功能的癌基因的过程，称原癌基因的活化，是功能获得的过程。通常情况下，原癌基因是细胞正常生长分裂、生长和增殖所必需的，只不过其表达受到细胞的严格控制。（1）基因低甲基化修饰（2）基因扩增（3）染色体易位（4）DNA重排（5）病毒基因启动子与增强子的插入（6）点突变（7）癌基因的协同作用癌基因激活的方式（一）基因低甲基化修饰DNA分子中碱基的甲基化修饰状态在真核基因表达调控中发挥重要作用。真核细胞中胞嘧啶C常被甲基化修饰成5-甲基胞嘧啶，发生在基因转录调控区的CpG富集区（CpG岛）。通常甲基化水平与基因表达程度呈反比，处于转录激活状态的基因CpG岛一般低甲基化修饰。在肿瘤细胞中发现癌基因的低甲基化或去甲基化可导致癌基因的大量表达，如胃癌细胞中的c-H-ras癌基因的低甲基化可导致其过度表达，是细胞癌变的一个重要特征。（二）基因扩增（geneamplification)指基因组上个别基因的额外复制。在许多转化细胞和肿瘤细胞中，可见原癌因扩增现象。发生扩增的机制目前不清。基因扩增常见于实体瘤，在肿瘤细胞中基因扩增涉及的癌基因主要有c-myc,c-abl,N-ras,及neu等。原癌基因数量的增加或表达活性的增强，产生过量的表达蛋白质。肿瘤扩增可能预示肿瘤演进的改变或是癌变的晚期，代表该肿瘤自主性和侵袭性的增强，故对其检测可能有助于预后的判断。逆转录病毒基因组中的长末端重复序列（LTR）内含较强的启动子或增强子，感染细胞时，LTR可随机整合到宿主细胞的基因组中，如果病毒LTR恰好整合到细胞原癌基因附近或内部，则LTR所含的强启动子或增强子可启动或促进原癌基因的过度表达，导致细胞癌变。（三）获得启动子与增强子1、启动子插入逆转录病毒RNA感染宿主细胞逆转录cDNA合成双链DNA（前病毒，内含启动子和增强子）整合到c-myc附近前病毒两侧的LTR发挥启动子作用促进下游的c-myc表达,产生c-myc癌蛋白导致B淋巴细胞瘤的发生前病毒基因组反方向整合到c-myc基因的上游或下游LTR不能发挥启动子作用增强子发挥作用c-myc基因被激活癌变2、增强子插入（四）染色体易位（chromosometranslocation）染色体的一部分基因断裂脱离，并与其他染色体连接的重排过程。在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位和重排，使原来无活性的原癌基因转位至强的启动子或增强子附近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生。使原来无活性的原癌基因移至某些强的启动基因或增强子附近而被活化。肿瘤细胞中的染色体是不正常的。肿瘤细胞中常见的染色体异常是易位。染色体易位是指一条染色体的某一片段断下之后再连接到另一条染色体上。例如：正常细胞中c-myc基因在转录水平上是低水平的，而易位的c-myc则转录频率升高，导致癌变。急性髓系白血病(AML)患者6;9染色体易位DEK-CAN融合基因表达。4例急性髓系白血病患者为t(6;9)(p23;q34)易位；4例初诊、再发及完全缓解期患者均不同程度检出DEK-CAN融合基因，占100%；DEK-CAN基因是AML发病的分子基础，检测DEK-CAN融合基因对于AML的诊断、疗效观察及预后判断有重要意义。（五）点突变（pointmutation）原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，可能发生点突变，导致编码蛋白中单个氨基酸的替换，改变了蛋白质的氨基酸组成，造成蛋白质结构和功能异常，活性改变。30%的肿瘤组织都带有ras基因家族（H-ras、K-ras、N-ras）的点突变，从各种不同的人类肿瘤细胞系分离到的ras癌基因中，c-ras原癌基因都是由一个单碱基突变而激活成癌基因的。如：第12号密码子中G→T突变导致相应的氨基酸残基Gly→Valp21蛋白的构型及GTP酶活性发生变化腺苷酸环化酶活性增加cAMP水平升高通过信号转导系统而激活细胞无限增殖例如，正常H-ras中的第12号密码子为GGC，从各种不同的人类肿瘤细胞系分离到的ras癌基因中，c-ras原癌基因都是由一个单碱基突变而激活成癌基因的。癌基因活化的4种机制示意图核内癌基因易与胞浆癌基因产物发生协同作用(前者使细胞永生,后者改变细胞形态,降低对生长因子和贴壁的要求).如myc与ras协同致癌癌基因的激活与抑癌基因的失活协同致癌（六）癌基因的协同作用癌基因的活化是肿瘤发生过程中的关键步骤，不同的癌基因在不同的情况下，可通过不同的途径被激活。一种癌基因在同一癌变过程中可通过不同的机制活化，同一个致癌因素可通过不同的方式、不同的致癌因素可通过现一种方式来激活癌基因，因此癌基因激活是个复杂、相互协调的过程，癌基因被激活的结果可能是：出现新的表达产物出现过量的正常表达产物出现异常、截短的表达产物癌基因被激活的结果癌基因编码的蛋白质称为癌蛋白，癌基因的生物学功能即是由癌蛋白执行的。癌蛋白多数是作为传递生长信号的因子参与肿瘤细胞增殖过程。四、原癌基因的产物与功能癌基因编码的蛋白质与细胞生长调控的许多因子有关，参与细胞生长、增殖、分化途径各个环节的调控，依据其在细胞信号转导途径中的作用分为以下几类：（四）核内转录因子•该类基因编码的产物定位于细胞核内的转录因子，它们能与靶基因的顺式元件结合，起转录因子作用，直接促进与细胞增殖相关的靶基因的转录，进而导致细胞的生长失控和癌变。•这类癌基因包括：myc家族、fos家族、Jun家族、ets家族等。•这些癌基因受到生长因子刺激时迅速表达，促进细胞生长与分裂过程。