肿瘤分子生物学.01

第一章什么是癌症1.癌症的特征1)基因组不稳定性2)促进肿瘤的炎症3)获得独立生长信号的能力4)逃避生长抑制信号5)逃避细胞凋亡6)无限制的复制潜能7)血管新生8)侵袭和转移9)能量代谢的重建10)逃避免疫攻击2.转化细胞(癌细胞)的表型1)癌细胞不表现为接触抑制，并呈团样生长2)癌细胞可在低血清条件下生长3)癌细胞形态学上呈圆形而不是扁平和伸展的外形4)癌细胞生长不需要黏附在基质，即表现为“锚定不依赖”3.克隆进化由于基因突变累积而导致的逐步改变会赋予细胞一种比周围细胞更有利的生长条件，这种方式类似于达尔文的进化论：偶然事件产生突变，突变导致表型的改变，并适应环境，最终导致亚克隆形成和最适者优势4.生长、凋亡和分化调控细胞数量1)细胞增殖：最显著的过程，细胞分裂产生两个子代细胞2)程序性细胞死亡：清除细胞3)分化：分化过程中，细胞可进入静止期改变细胞生长、凋亡和分化等相关正常基因的功能的DNA突变可影响机体内细胞数量的平衡并导致生长失控5.癌基因通常被描述为编码蛋白大量产生或蛋白活性增强，从而以一种显性方式发挥作用启动肿瘤形成的一种突变基因6.抑癌基因1)抑癌基因编码的蛋白可抑制细胞生长和肿瘤形成。抑癌基因突变本质上主要是隐形，只有当等位基因的两个位点都发生突变才会导致其功能丧失2)单倍体不足：仅一个等位基因突变便可导致癌症表型。譬如调空DNA损伤应答和DNA修复的基因单倍体不足使其表达产物活性下降，导致基因不稳定第二章DNA结构及稳定性：突变与修复1.Kataegis/Chromothripsis1)Kataegis：在基因组小范围内发生高频突变。许多肿瘤基因组中发现该突变方式2)Chromothripsis：一次性细胞危机使染色体碎裂，导致成百上千的基因重排2.突变1)转换：即Transition，一种嘌呤对另外一种嘌呤的替换2)颠换：即Transversion，嘌呤和嘧啶之间的互换3)框移突变：包括插入或缺失，可能改变阅读框。大部分情况下，会导致蛋白质产物无功能或者缩短4)染色体易位：指一条染色体的某一部分和不同染色体的另一部分法伤交换，导致DNA碱基序列发生改变5)基因扩增：基因的拷贝数从正常二倍体基因组的两个拷贝增加到上百的拷贝数3.突变的后果：取决于其相对于基因两个功能区的位置1)启动子区域：可能改变基因的调控，并且影响到基因产物的表达量及时间/空间表达分布。可能是蛋白产物的过表达或低表达，或者是蛋白产物出现在错误的时间及地点2)编码区：可能影响基因产物的结构，从而改变其功能，或者导致蛋白质截断，由此使蛋白质完全丧失功能4.致癌因素1)辐射A.辐射以波或者粒子流传递B.辐射可以损伤DNA从而导致癌症发生：能量总量影响DNA损害的机制和程度C.损伤程度取决于粒子辐射源释放能量的速率D.线性能量转移：即LET，用于描述能量释放的效率。指辐射源穿行一定距离后释放出的能量总量。E.电离辐射：当高能射线撞击位于其路径上的分子使，分子中原子可能发生位移。一个或一个以上电子剥离将不带电的分子转变为带点的分子，即离子。电离辐射可以通过使组成DNA的原子发生电离而直接损伤DNA，或者通过与水分子相互作用产生活性氧(ROS)的有害中间产物间接损伤DNA。这些活性氧包括：羟基自由基(·OH)、过氧化氢和超氧阴离子自由基F.紫外线a)紫外光分三种：即UVA、UVB、UVC，其中UVB(290-320nm)为最强致癌物b)UVB是产生特征性光产物的直接及唯一因素，包括环丁烷嘧啶二聚体(最常见，导致DNA螺旋弯曲，进而使DNA聚合酶不能读取DNA模板)和嘧啶-嘧啶酮光产物(易修复)c)UVA通过自由基间接损伤DNA，G→T颠换是其致DNA损伤的特点d)紫外线穿透皮肤深度由其波长决定，波长越长，穿透越深2)化学致癌物A.化学致癌物的普遍作用机制是以亲电子(缺电子)的形式与核酸和嘧啶环的亲核位点(可以提供电子的位点)反应B.细胞色素P450酶系在肝脏化学物代谢中起作用，对于致癌物活化代谢为最终致癌物具有重要意义3)具有致癌作用的传染病病原体A.DNA肿瘤病毒：通过蛋白蛋白相互作用编码病毒蛋白，阻断抑癌基因B.RNA病毒：编码突变形态的正常基因(癌基因)导致动物肿瘤4)内源性致癌反应A.氧化呼吸和脂质过氧化可产生活性氧B.胞嘧啶脱氨形成尿嘧啶5．DNA修复和癌症倾向性1)直接修复：DNA暴露于烷基化致癌物后，烷基转移酶可直接去除烷基基团2)核苷酸切除修复：发生在特定的螺旋扭曲部位，如嘧啶二聚体和大体DNA加合物。存在两条子通路，全基因体NER检查基因组中的螺旋扭曲以及转录偶联修复识别3)碱基切除修复：针对化学改变的碱基，如8-羟基鸟嘌呤，主要由内源性机制导致。涉及DNA损伤特定糖基化酶(OGG1、MUTYH)、多聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)4)错配修复：纠正逃脱聚合酶编辑的复制错误A.蛋白质MSH2/6和MSH2/3对错配进行识别B.招募MLH1/PMS2和MLH1/PMS1→…5)重组修复(同源重组)A.双链断裂激活共济失调毛细血管扩张症突变(ATM)激酶B.RAD50/MRE11/NBS1复合体(ATM的底物)通过其外切酶活性创建单链C.BRCA1/2协助RAD51的核运输D.RAD52使RAD51与暴露的末端结合→…6.传统疗法：化疗和放射治疗1)异质细胞敏感性和耐药性A.肿瘤内单个细胞的位置不同，吸收的治疗剂量也不同B.同一肿瘤内的细胞有可能产生不同的突变C.肿瘤中对治疗存在内在抵抗的癌细胞被归为肿瘤干细胞3)化疗耐药机制A.增加对药物的主动外排B.减少对药物的吸收C.增加细胞中的分子靶点数量D.改变药物代谢E.增加DNA修复7.合成性致死策略1)PARP在碱基切除修复中起着关键作用，这种途径能够修复DNA单链断裂。PARP能快速结合在DNA损伤单链以放大DNA损伤信号并招募DNA损伤修复蛋白。抑制PARP的活性会导致碱基切除修复受损，而且单链断裂的累积会导致双链断裂，双链断裂通常通过同源重组修复途径修复。第3章基因表达的调控1.转录因子和转录调控1)转录因子是能与基因启动子结合并调控转录的蛋白质2)转录因子包含一组独立的蛋白模块或结构域，包括DNA结合域、转录激活域、二聚作用域以及配体结合域3)转录因子的活性调节包括：仅在特定类型细胞内合成、磷酸化等共价修饰、配体结合、细胞定位及二聚化时通过交换伴侣蛋白调节4)转录因子能调控一系列基因表达而产生转化表型，单个转录因子的失控能诱发癌症2.AP-1转录因子1)AP-1由Jun和Fos家族的蛋白二聚体产生(Jun、JunB、JunD和Fos、FosB、FRA1、FRA2)2)AP-1可以与靶基因启动子区中的TPA或者cAMP应答原件结合3.类固醇激素受体1)类固醇激素属于脂溶性信号分子，通过特异性受体调节一系列基因的启动发挥作用2)类固醇激素受体的超家族具有配体依赖型转录因子的作用3)视黄酸受体(RAR)作为一种视黄酸(RA)依赖型转录因子发挥作用A.视黄酸由维生素A衍生而来B.视黄酸受体位于细胞核内，在缺乏RA的情况下作为转录阻遏物C.RAR与RXR结合到靶基因的视黄酸应答元件(RARE)上，组成异源二聚体4.转录的表观遗传调控1)组蛋白修饰A.组蛋白在翻译后发生乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等修饰作用B.组蛋白的乙酰化模式可改变染色质的结构和影响基因的表达C.组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)D.HATs把乙酰基加到特定组蛋白上和非组蛋白，包括转录因子(如(E2F和p53)。组蛋白乙酰化可解旋染色质折叠，激活转录E.HDACs可去除乙酰基，使染色质致密性和高水平封装趋于稳定，抑制转录2)DNA甲基化A.DNA中只有3%-4%的胞嘧啶被甲基化B.胞嘧啶甲基化使其自发地脱去氨基，导致C→T的转化C.CpG在基因组中不仅数量少而且分配不均，50%的人类基因启动子区含有CpG岛D.DNA甲基转移酶(DNMTs)介导来自甲基载体的甲基的共价添加，包括：DNMT1、DNMT3a、DNMT3bE.DNMT1参与半甲基化DNA转变为完全甲基化DNA；其他两种酶参与从头开始的甲基转移酶作用5.表观遗传学在癌变过程中发挥作用1)结构疏松的转录活跃区突变密度较低，结构紧密的非转录活跃区突变密度较高2)在癌变过程中，表观遗传失活与突变导致的基因失活共同发挥作用A.突变可导致对表观遗传调控至关重要的酶失活B.表观遗传沉默可以让肿瘤抑制基因以一种隐形的方式失去活性3)组蛋白修饰与癌症A.在上皮肿瘤细胞中可见编码HAT的一个基因发生突变，部分可产生一个截短蛋白，5/6的情况下会出现第二个等位基因的失活，说明其起到了肿瘤抑制基因的功能B.在急性早幼粒细胞白血病中，PML-RAR使HDAC与RAR靶基因的启动子结合区域结合从而抑制这些基因的表达4)甲基化与癌症A.如Rb基因、p16INK4a基因、APC基因以及雌激素受体基因的甲基化可导致其功能丧失B.部分非遗传毒性的致癌物可能是表观遗传致癌物C.矛盾的是，一个癌细胞基因组的甲基化总体上比正常细胞少20%-60%6.长链非编码RNA1)lncRNA是一种内源性RNA，长度大于200nt并且无开放阅读框(小于100个氨基酸)2)广泛参与各种细胞生物学过程，也包括癌症的发生和发展。3)参与基因表达调控、表观遗传调空以及转录后调控7.微小RNA与mRNA表达的调控1)miRNA指一些调控mRNA表达的、非蛋白编码(长度为18-25个核苷酸)的小RNA，每一个miRNA可以抑制数以百计的靶基因转录2)一些miRNA作为致癌基因在癌症发生过程发挥作用，另一些则作为肿瘤抑制物发挥作用8.端粒和端粒酶1)端粒由数千个TTAGGG重复序列组成，这些序列紧邻相关的端粒蛋白复合体2)在DNA复制过程中，受DNA聚合酶的限制，每一轮DNA复制，端粒均缩短100-200个碱基；亲本染色体DNA的3-端无法进行复制3)大约90%的肿瘤可通过上调端粒酶活性来维持生长9.DNA甲基化抑制剂1)5-氮杂胞苷(阿扎胞苷)、5-氮杂-2-脱氧胞苷(地西他滨)与DNA甲基转移酶相互作用，减弱其作用效果；2)停止用药后，异常的甲基化和基因抑制恢复，用药时间必须长10.组蛋白脱乙酰酶抑制剂1)HDACs通常抑制基因转录，它的异常募集是某些癌症的指征2)使用HDACs抑制剂重新激活与生长、分化或凋亡相关的基因为治疗提供理论依据3)许多HDACs抑制剂能诱导产生p21WAFI第4章生长因子信号转导与癌基因1.4种蛋白质参与生长因子介导的信号转导1)生长因子2)生长因子受体3)胞内信号转导子4)核转录因子2.表皮生长因子信号转导1)HER2不与已知配体结合，但可作为其他家族成员的辅因子2)HER3仅具有弱的激酶活性3)从胞外生长因子获得信号并传递到调控基因表达的细胞核内的步骤A.生长因子与受体结合B.受体二聚化C.自磷酸化D.胞内转导蛋白激活E.一连串丝氨酸/苏氨酸的激活F.转录因子对基因表达的调控3.酪氨酸激酶受体激活的关闭1)酪氨酸磷酸酶使磷酸化的酪氨酸残基脱磷酸2)负调节蛋白(如RALT)与激酶结构域结合3)受体的内吞和降解4.SH2结构域和SH3结构域1)SH2结构域和SH3结构域可调节在通路中被酪氨酸激酶激活的蛋白质间的相互作用2)同一蛋白质中常能发现SH2结构域和SH3结构域3)含有SH2结构域和SH3结构域的蛋白质包括SRC、ABL、Grb2和PI3-K4)Grb2的两个SH3结构域与交换蛋白SOS的SH3相互作用，促进RAS蛋白的激活5.RAS的激活1)法尼基化：将C15类异戊二烯酯添加至CAXX基序的C末端，从而将RAS定位至细胞膜2)RAS家族包括三个成员，均为GTP结合蛋白6.Raf的激活及MAP激酶级联反应1)RAS-GTP激活丝氨酸/苏氨酸激酶需募集Raf(MAPKKK)到细胞膜上，活化的Raf携带信号离开细胞膜2)MAPKK(MEK)为酪氨酸和丝氨酸/苏氨酸双底物激酶3)MAPK(ERK)活化后可进入细胞核，进而影响转录因子的活性4)MAP