细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件

第一节细胞周期概述“细胞周期”（cellcycle）又称“细胞分裂周期”，是指一个细胞经生长、分裂形成两个细胞所经历的全过程，即细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的全过程。第一节细胞周期概述“细胞周期”（cellcycle）又11.G1期（gap1phase）2.S期（synthesisphase）3.G2期（gap2phase）4.M期（mitosisphase）5.G0期Interphase(Long)G1:CellgrowthS:DNAreplicationG2:CellgrowthM-phase=mitosis(Short)ChromosomesegregationCytokinesis1.G1期（gap1phase）2.S期（synt2LelandH.HartwellR.Timothy(Tim)HuntSirPaulM.NurseM2001年 10月 8日 美 国 人 LelandHartwell、英 国 人 PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。LelandH.HartwellR.Timothy3第二节细胞周期调控的关键分子细胞周期调控的核心蛋白：2.细胞周期蛋白(Cyclin)：Cdk的正调节因子1.周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependentkinases,Cdks)：细胞周期调节的中心环节3.Cdk抑制蛋白(Cyclin-dependentkinaseinhibitors,CKIs)：Cdk的负调节因子第二节细胞周期调控的关键分子细胞周期调控的核心蛋白：2.4一、细胞周期蛋白（Cyclins）v细胞周期蛋白（Cyclins）是一类伴随细胞周期的不同阶段表达、累积和降解的蛋白质因子。细胞周期蛋白盒(Cyclinbox):与Cdk结合，激活Cdk的蛋白激酶活性毁灭盒(Destructionbox):在Cyclin的自身降解中发挥重要作用1、结构特点2、调控机理Cyclin与Cdk形成二聚复合体：催化亚基为Cdk，调节亚基为Cyclin。一、细胞周期蛋白（Cyclins）细胞周期蛋白（Cyclin5细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件6DestructionBoxinCyclinsDestructionBoxinCyclins7不同类型的CDK/cyclin复合体vCyclinD包括D1-3，各亚型cyclinD在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。3、分类：A-H不同类型的CDK/cyclin复合体CyclinD包括D18细胞周期中不同类型cyclin的表达变化细胞周期中不同类型cyclin的表达变化9二、周期蛋白依赖性蛋白激酶v周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdks)是一类Ser/Thr蛋白激酶，在细胞周期的调节中起关键作用。人体细胞内主要有Cdk1/Cdc2、Cdk26、Cdk7/CAK和Cdk8等。活性中心：ATP结合部位；催化部位调节亚基Cyclin的结合部位：正调节P13suc1的结合部位：负调节，阻止细胞进/退M期1、结构特点：3个主要功能域2、没有酶量的调节：在整个细胞周期中，某一Cdk的含量恒定，其活化Cdk与非活化Cdk的总量不变。二、周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdks)10CdK的结构、：抑制性磷酸化位点；cyclin结合位点；ATP结合位点b:催化部位:ATP结合位点:T-loop；活性磷酸化位点:自身磷酸化位点CdK的结构、：11CyclinACdk2CyclinACdk212CDKactivatingCDKactivating133、组成、结构调节：活化与非活化Cdk的比例正性调节：人Cdk与特定的Cyclin结合才有活性；也只有Cyclin降解才能使Cdk最终失活。负性调节：CKI与Cdk结合后阻止Cdk磷酸化。共价调节：抑制性位点磷酸化失活(Wee1激酶)；去磷酸化复活(Cdc25磷酸酶)。协调调节：人Cdc2的Thr160/161和Thr14/Tyr15磷酸化，可促进Cdk-Cyclin结合。这种磷酸化又依赖Cyclin，Cyclin与Cdk的结合可导致CdkT环的移开，暴露出其中的Thr160/161位点。3、组成、结构调节：活化与非活化Cdk的比例正性调节：人Cd14MPFactivitycontrolledby:1)cyclinBlevels2)phosphorylationofcdk1Multiplelevelsofregulationprovideinputfor“checkpointcontrol”M-phasepromotingfactor=MPF=cdk1/cyclinBCDK激酶(CDKactivatingkinase，CAK)：磷酸化Thr161Wee1激酶：磷酸化Tyr15/Thr14MPFactivitycontrolledby:Mul15依赖Cyclin的蛋白激酶（Cdc/Cdk）种属CdkCyclin细胞周期或功能裂殖酵母Cdc2 CIG1CIG2Cdc13G1SG2/M出芽酵母Cdc28Cln1、Cln2、Cln3Clb3、Clb4、Clb5、Clb6Clb1、Clb2、Clb3、Clb4G1SG2/M哺乳动物Cdk1Cdk2Cdk3CyclinBCyclinE1,E2CyclinACyclinEG2/MG1SG1/SCdk4Cdk5CyclinD1、D2、D3CyclinD1、D3G1NeuronaldifferentiationCdk6CyclinD1、D2、D3G1/SCdk7Cdk8Cdk9CyclinHCyclinCCyclinTCdk-activatingkinaseTranscriptionregulationG1/S依赖Cyclin的蛋白激酶（Cdc/Cdk）种属CdkC16三、Cdk抑制蛋白(CKIs)vCdk抑制蛋白是Cdk的负调节因子，拮抗Cyclin的作用，阻止细胞经过检验点。（1）CIP/KIP(Kinaseinhibitionprotein)家族：广泛抑制Cdk1-,Cdk2-,Cdk4/6-Cyclin复合物。因其N端和C端分别具有不同的结构和功能，故又称双重特异家族。包括p21、p27和p571、CKI两大家族（2）INK4(Inhibitorofcdk4)家族：特异性抑制Cdk4/6-DCyclins，因其结构中含有数个具强烈疏水性的锚蛋白（ankyrin）重复序列，故又称锚蛋白家族，包括p15、p16、p18和p19。三、Cdk抑制蛋白(CKIs)Cdk抑制蛋白是Cdk的负调节17细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件18p21vp21是第一个被发现的CKI基因(1993年)，其抑制作用最广泛，对细胞周期各期的Cdks均有明显的抑制作用。由于其表达蛋白质分子量为21kD，而且最初认为它与野生型p53的生物活性有关，故命名为p21WAF-1(Wild-typep53ActivatedFragment-1)；后又发现p21与细胞老化等多种因素有关，故又称p21SDL1/Cip-1/CAP20/PIC1等。第一个被发现的CKI基因p21定位于6p21抑制作用最广泛表达蛋白质分子量为21kDp21p21是第一个被发现的CKI基因(1993年)，其抑制19p21的功能v可能作用于细胞周期的多个环节。vP21可与Cyclin、Cdk和增殖细胞核抗原(PCNA)组成四聚体。其N端结构域与Cyclin-Cdk结合，抑制Cyclin-Cdk磷酸化Rb蛋白，阻止细胞进入S期。v当细胞在S期发生DNA损伤时，p21的C末端结构域与PCNA直接结合，抑制DNA聚合酶活性，阻止损伤DNA长链的复制。但p21不能抑制DNA复制起始复合物的形成和DNA缺口的修补，所以，DNA的修复不会被抑制。vp21基因的启动子区域含有p53蛋白的结合位点。p21的功能可能作用于细胞周期的多个环节。20p16vp16又称MTS1基因（Multipletumorsuppressor1），其编码蛋白质的分子量约为16kD，主要抑制Cdk4的活性，故命名为p16INK4A。p16基因定位于9p21-22其编码序列由3个外显子组成有、两个转录本。表达蛋白质分子量为16kDN端含有一个与细胞周期蛋白盒N端同源的序列；还含有4个锚蛋白重复序列。可抑制Cdk4或Cdk6的活性，使其不能对Rb磷酸化。p16p16又称MTS1基因（Multipletumor21Cyclins-Cdks-CKIs的相互作用关系CylcinsCdk细胞周期作用相关CKIsACdk1，Cdk2SG2Mp21，p27，p57B(B1,B2)Cdk1（Cdc2）G2Mp21，p57CD(D13)Cdk4（2，5，6）G1p15,p16,p21,p27,p18,p19,p57EFGHCdk2Cdk7G0G1SG1,S,G2,Mp21，p57Cyclins-Cdks-CKIs的相互作用关系Cylci22p21andp27inhibitassemblyandactivityofcdk4,6-cyclinDandcdk2-cyclinEbyCAK.TheyalsoinhibitcycleprogressionindependentofRBactivity.p16inhibitsbothassemblyandactivityofcdk4,6-cyclinD.p21andp27inhibitassemblya23一、细胞周期的驱动1、G1期：在生长因子诱导下，CyclinD首先被合成，于G1中期达到峰值，并与Cdk4、Cdk6结合形成CyclinD-Cdk4或CyclinD-Cdk6复合物(又称G1-CdkC)，激活Cdk4或Cdk6的蛋白激酶活性，使Rb蛋白磷酸化。磷酸化的Rb蛋白与结合的E2F(无活性)分离，释放出有活性的E2F，E2F作为转录因子激活与DNA复制相关基因的表达，使细胞进入S期。第三节细胞周期的调节一、细胞周期的驱动1、G1期：在生长因子诱导下，Cycli24positivefeedbackloopRbphosphorylationmaintaineduntilCyclinBdestructionpositivefeedbackloopRbphosp25细胞周期的驱动2、S期：CyclinD降解，CyclinE和A积累，先后与Cdk2结合为CyclinE-Cdk2复合物(又称G1/S-CdkC)及CyclinA-Cdk2复合物(又称S-CdkC)，维持DNA复制。3、G2期：CyclinE降解，CyclinB积累，并与Cdc2(Cdk1)结合，形成促成熟因子(maturation-promotingfactor，MPF)复合体，即M-CdkC。细胞中的蛋白激酶将Cdc2的Tyr15和Thr14磷酸化，形成无活性的前MPF(pre-MPF)。未磷酸化的活性MPF能激活磷酸酶Cdc25，将Cdc2的Tyr15和Thr14去磷酸化，从而激活更多的MPF(Cdc2的自催化过程)，促使染色体浓缩，微管蛋白磷酸化，细胞骨架的重新组合，推动细胞分裂。细胞周期的驱动2、S期：CyclinD降解，Cyclin264、M期：CyclinB和泛素(ubiquitin)被磷酸化。在特定酶的作用下，磷酸化的CyclinB泛素化，然后由依赖泛素的蛋白水解酶催化降解，结果使Cdc2失去调节单位而失活，细胞回到G1期。促后期复合物(APC)对M-Cyclin及分裂期其他调控因子的泛素化和蛋白水解起重要作用。4、M期：CyclinB和泛素(ubiquitin)被磷酸27ProteindegradationisimportantinmitosisProteindegradationisimporta28细胞周期驱动的核心成分是Cdks。Cyclin-Cdk复合物活性的调控决定着细胞周期的进程。细胞周期驱动的核心成分是Cdks。Cyclin-Cdk复合物29二、Cyclin-Cdk复合物的调节v结构调节：Cdk亚基的磷酸化、CKIs的结合。v数量调节：Cdk调控因子的转录调控；Cyclins的水解主要机制：泛素依赖的蛋白质水解限速步骤：泛素连接酶催化的泛素转移反应。关键酶：SCF(Skp1-Cdc53/cullin-F-boxproteincomplex)和APC(Anaphase-promotingcomplex，促后期复合物)，泛素化并降解细胞周期调控蛋白。二、Cyclin-Cdk复合物的调节结构调节：Cdk亚基的磷30TheRegulationofAPCinCellCycleTheRegulationofAPCinCell31SCFAPC作用时相G1和S期M作用底物G1/S-Cycins和一些调控S期起始的CKIsM-Cyclins和其他调控有丝分裂的蛋白质调控方式在细胞周期的整个过程中，SCF活性不变。SCF引起的泛素化与它的靶蛋白质的磷酸化状态有关，SCF只能识别特异的磷酸化蛋白质、使其泛素化并降解。活性随细胞周期时相的变化而改变，受其活化亚基Cdc20的调控。当细胞接近分裂期时，M-CdkC刺激Cdc20转录，其蛋白质合成增加，并与磷酸化的APC结合形成活性Cdc20-APC复合物，在有丝分裂后期降解securin蛋白质，活化separase蛋白酶，剪切和解离cohesin复合物，使cohesin复合物脱离染色体，促使姐妹染色单体分离；泛素化并水解M-Cyclins，失活M-Cdk，使细胞离开M期。分裂末期，M-Cyclin的降解可导致所有APC的失活。在G1期，APC的活化蛋白Hct1与APC结合，抑制M-Cyclin的水平。SCFAPC作用时相G1和S期M作用底物G1/S-Cyci32第三节细胞周期的调节v基因调节：Cdk的时相性激活是细胞周期调控机制的核心，其主要依赖于Cyclin的细胞周期特异性或时相性表达、累积和降解。v生长因子及其受体调节v抑素调节：细胞自身产生的终止增殖的信号分子vcAMP和cGMP调节：含量随细胞周期呈周期性变化v激素调节：生长激素、雌激素等可刺激细胞生长vCa2+和钙调素调节：高Ca2+水平直接或间接激活蛋白激酶从而调节细胞增殖活动G1期的启动是细胞周期的关键:G1/S限制点第三节细胞周期的调节基因调节：Cdk的时相性激活是细胞33生长因子(Growthfactor)G1SG2MEGF、IGF、IL (+)TGF-(-)PDGF (+)生长因子(Growthfactor)G1SG2MEG34细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件35抑素(Chalone)G1SG2MM因子因子(-)S因子因子 (-)抑素(Chalone)G1SG2MM因子(-)S因子36三、细胞周期检测点与细胞周期监控v细胞周期检测点(checkpoint)：保证细胞周期中DNA复制和染色体分配的检测机制。细胞一旦通过了检测点，就可以完成细胞周期。这是一类负反馈调节机制。v细胞周期监控：当细胞周期进程中出现异常事件，如DNA损伤或DNA复制受阻时，检测点调节机制被激活，及时地中断细胞周期的运行。待细胞修复或排除故障后，细胞周期才能恢复运转。三、细胞周期检测点与细胞周期监控细胞周期检测点(check37细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件38CheckpointsinEukaryoticCellCycle细胞周期检测点分类CheckpointsinEukaryoticCell391、细胞周期检测点分类（1）DNA损伤检测点(DNAdamagecheckpoint)：负责检测DNA有无损伤、合成有无错误。G1晚期检测点(G1/S转换点)：关键性检测点。控制从G1期进入S期，决定细胞是进入细胞周期，或暂时滞留在G1期，或退出周期。在哺乳类动物细胞中，G1检测点称为R点或限制点(restrictionpoint)，酵母中为启动点(start)。G2期检测点(G2/M转换点)：保证细胞DNA复制的完整。（2）DNA复制检测点(DNAreplicationcheckpoint)：负责DNA复制的进度（3）纺锤体组装检测点(spindleassemblycheckpoint)或中期检测点(metaphasecheckpoint)：管理染色体的分配1、细胞周期检测点分类（1）DNA损伤检测点(DNAdam40细胞周期检验点细胞周期检验点412、细胞周期监控分子vRb蛋白处于细胞生长和分化调控的中心环节，对细胞周期两个关键的调控点G1/S和G2/M行使“闸门”作用。Rb蛋白的活性决定细胞周期进程：G1早期和G2期，Rb蛋白处于非磷酸化或低磷酸化状态，与转录因子E2F结合，抑制cyclinE、cyclinA等基因转录。G1中期，S期和G2/M期，Rb被磷酸化，解除对E2F转录活性的抑制，促使多种进入S期所必需的基因被活化。（1）Rb蛋白核内转录因子，分子量为105KD活性调节：磷酸化失活，去磷酸化激活。Rb蛋白至少被磷酸化三次，即G1中期，S期和G2M期。每次磷酸化可能发生在Rb蛋白不同的结构域。2、细胞周期监控分子Rb蛋白处于细胞生长和分化调控的中心环节42细胞周期中Rb的活性调控Cdk4/Cdk6-CyclinD引起Rb蛋白的初始磷酸化，促使Cdk2-CyclinE的形成，后者可加速Rb的磷酸化。在细胞接近G1-S转折点时，E2F和Cdk2-CyclinE活性进一步增加，保证Rb蛋白在通过S、G2和M期时始终保持磷酸化状态。在完成有丝分裂和进入G1早期和G0期时，Cdk-Cyclin水平下降，导致Rb蛋白去磷酸化。Rb基因的活性受一系列抑癌基因(p16INK4、p21Cip1、p27KIP1等)的调节，这些基因均属CKI家族。细胞周期中Rb的活性调控Cdk4/Cdk6-CyclinD43（2）p53蛋白vp53蛋白可调控G1/S和G2/M检测点核内转录因子，分子量为53KD核心区：高度保守C端碱性区：可单独起作用；四聚化；多个磷酸化位点N端酸性区：易水解，决定半寿期，含1磷酸化位点结构特点：作用机理：阻滞细胞增值；监视G1期基因组完整性，促使损伤DNA修复；诱导细胞凋亡。酸性区酸性区核心区核心区碱性区碱性区P53蛋白蛋白（2）p53蛋白p53蛋白可调控G1/S和G2/M检测点核44TheMechanismofG1ArrestofCellCycleafterDNADamageu当DNA损伤、核苷酸缺失或缺氧时，p53被活化，诱导下游靶基因如p21Cip1转录，后者可抑制CyclinD1-Cdk4/6、CyclinE-Cdk2或CyclinA-Cdk2等复合体活性，阻断细胞周期进入S或M期TheMechanismofG1Arrestof45P53蛋白蛋白解链酶解链酶复制因子复制因子A AP21蛋白蛋白细胞停滞于细胞停滞于G G1 1期期细胞自杀细胞自杀 DNA损伤损伤P21基因基因P53蛋白蛋白抑抑 制制P53蛋白蛋白成功修复成功修复修复失败修复失败u抑制解链酶活性，抑制细胞增殖u与复制因子A相互作用，抑制DNA复制，启动修复P53蛋白解链酶复制因子AP21蛋白细胞停滞于G1期细胞自杀46u诱导GADD45基因转录，引起G1期停滞，修复DNA。u当DNA严重损伤，或损伤的DNA不能修复时，p53的激活将诱导细胞凋亡，阻止癌变。u与TATA结合蛋白结合，抑制c-fos、c-jun、PCNA及p53基因的自身转录，抑制细胞增殖诱导GADD45基因转录，引起G1期停滞，修复DNA。当47TheRegulationandFunctionsofp53ProteinTheRegulationandFunctionso48（3）其它调节蛋白v毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白ATM(ataxiatelangiectasiamutated)和ATR(ATM-Rad3-related)ATM及ATR在结构与磷酸肌醇激酶家族相似，但功能上属于蛋白质激酶，是直接感受DNA双链断裂损伤和启动各种DNA损伤信号反应通路的主开关分子。ATM可磷酸化p53蛋白，激活其活性，继而激活p21表达。ATM/ATR磷酸化人检测点蛋白质hRad17是细胞周期检测点信息传递的重要早期步骤:在细胞周期检测的早期，ATR/ATM磷酸化hRad17的Ser635和Ser645，活化hRad17，后者将Rad1-Rad9-Hus1检测点复合物装载至损伤的DNA上，从而终止细胞周期的进程。（3）其它调节蛋白毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白ATM(a49第四节肿瘤的分子基础v肿瘤：病毒、化学物质、射线等引起基因(DNA)结构和表达的异常变化，导致细胞周期调控紊乱，细胞生长/增殖失去控制，最终细胞持续分裂和癌变。故被认为是细胞周期疾病。癌基因抑癌基因细胞正调控负调控第四节肿瘤的分子基础肿瘤：病毒、化学物质、射线等引起基因(50肿瘤细胞与正常细胞的区别v正常细胞增殖需外源性生长因子；具有明显的接触抑制v肿瘤细胞的特征：1）减少对生长因子的需求。2）丧失接触抑制，细胞倾向于堆积和形成集落3）具有无限期分裂的能力，即细胞永生化4）不依赖锚定生长，可在软琼脂中生长细胞类型核型生长接触抑制锚定正常细胞小可控癌细胞大失控v肿瘤细胞具有永生性，侵袭性，扩散性。肿瘤细胞与正常细胞的区别正常细胞增殖需外源性生长因子；具有明51良、恶性肿瘤的基本区别&肿瘤是由连续无休止生长，且分化差的细胞组成的，一般有良、恶性之分。（1）良性肿瘤(异形性与周围组织差异不显著)细胞被周围正常组织所局限，常有一层纤维结缔组织包围生长缓慢，呈膨胀性对周围组织不具侵袭破坏性,不发生远处转移。（2）恶性肿瘤的特征(异形性与周围组织相差显著)细胞呈侵润性生长，周围无结缔组织包围生长快，侵袭和破坏周围正常组织向远处转移和播散，形成继发性肿瘤良、恶性肿瘤的基本区别肿瘤是由连续无休止生长，且分化差的细胞52良性瘤恶性瘤组织分化程度与起源组织相似与起源组织差别大细胞形态细胞大小、形态较一致，异型性小，核分裂少、无病理核分裂细胞形态多样，异型明显，核分裂多，见病理核分裂生长速度缓慢较快生长方式膨胀性和外生性生长，常有包膜、界清、可推动浸润性和外生性生长，无包膜，界不清，移动度差继发少出血、坏死出血、坏死、溃疡等转移无易发生转移复发很少易复发对机体影响较小，局部压迫和阻塞危害大、破坏原发器官、恶病质良性瘤恶性瘤组织分化程度与起源组织相似与起源组织差别大细胞53肿瘤的发生：正常细胞演变为肿瘤细胞的过程正常细胞细胞恶性转化转化细胞的克隆性增生瘤细胞局部浸润瘤细胞远处转移肿瘤发生肿瘤的发生：正常细胞演变为肿瘤细胞的过程肿瘤发生54肿肿瘤瘤发发病的分子基病的分子基础础癌基因癌基因 肿肿瘤抑制基因瘤抑制基因转转移基因移基因 转转移抑制基因移抑制基因凋亡基因凋亡基因 DNA修复基因修复基因细细胞周期胞周期调调控基因控基因 端粒端粒酶酶致瘤因素：内因遗传、免疫和内分泌因素外因物理、化学、生物和营养因素肿瘤发病的分子基础致瘤因素：55恶恶性性肿肿瘤瘤发发病的分子机制病的分子机制获得性获得性获得性获得性DNADNA损伤因素损伤因素损伤因素损伤因素（化学物质、电离辐射、病毒）（化学物质、电离辐射、病毒）（化学物质、电离辐射、病毒）（化学物质、电离辐射、病毒）细胞细胞细胞细胞DNADNA损伤损伤损伤损伤体细胞基因异常体细胞基因异常体细胞基因异常体细胞基因异常促生长癌基因激活促生长癌基因激活促生长癌基因激活促生长癌基因激活 调控细胞凋亡基因异常调控细胞凋亡基因异常调控细胞凋亡基因异常调控细胞凋亡基因异常 肿瘤抑制基因失活肿瘤抑制基因失活肿瘤抑制基因失活肿瘤抑制基因失活正常调控蛋白丧失正常调控蛋白丧失正常调控蛋白丧失正常调控蛋白丧失异常基因蛋白表达异常基因蛋白表达异常基因蛋白表达异常基因蛋白表达恶性肿瘤形成恶性肿瘤形成恶性肿瘤形成恶性肿瘤形成多克隆增生多克隆增生多克隆增生多克隆增生 附加突变附加突变附加突变附加突变(转化转化转化转化)单克隆增生单克隆增生单克隆增生单克隆增生 附加突变附加突变附加突变附加突变(演进演进演进演进)异质化异质化异质化异质化恶性肿瘤发病的分子机制获得性DNA损伤因素细胞DNA损伤体细56一、癌基因癌基因(oncogene)：在体外可以引起细胞转化、在体内可诱发癌瘤的基因。它以显性的方式促进细胞转化，因此又称显性癌基因。癌基因有病毒癌基因和细胞癌基因两类第一个被发现的癌基因是鸡肉瘤病毒(RSV)的v-src，是第一个被鉴定的酪氨酸激酶一、癌基因癌基因(oncogene)：在体外可以引起细胞转571、病毒癌基因(virusoncogene)（1）肿瘤病毒：能使敏感宿主产生肿瘤或使培养细胞转化成癌细胞的动物病毒，包括DNA病毒和RNA病毒（逆转录病毒）。病毒核酸结构癌基因乳多空病毒环状双链DNAT抗原基因腺病毒线状双链DNAE1A，E1B疱疹病毒线状双链DNAEB序列反转录病毒单链RNAras,src等1、病毒癌基因(virusoncogene)（1）肿瘤病毒58（2）病毒癌基因：存在于肿瘤病毒（多数为逆转录病毒）中、能使靶细胞发生恶性转化的基因。冠以字母v（2）病毒癌基因：存在于肿瘤病毒（多数为逆转录病毒）中、能使59（3）逆转录病毒的致癌机理（3）逆转录病毒的致癌机理602、细胞癌基因(cellularoncogene)v细胞癌基因：正常细胞中存在的癌基因。也称原癌基因(proto-oncogene)。它编码关键性调控蛋白质（生长因子、生长因子受体、细胞内信息传递分子、转录调节因子等），对细胞正常生长、繁殖、发育和分化起精密的调控作用。在正常情况下，这些基因处于静止或低表达状态，当受到致癌因素活化并发生异常时可导致细胞癌变。冠以字母c2、细胞癌基因(cellularoncogene)细胞癌基61v细胞癌基因的特点：广泛性、保守性、重要性(调控细胞增殖、分化)、可变性（可诱导致癌）vras是第1个在人癌中发现有活性的原癌基因v癌基因与细胞癌基因的不同点：癌基因常有更高的表达水平，或在异常细胞类型中转录。癌基因蛋白在组成和功能上可能不同于原癌基因蛋白。许多癌基因包含点突变。v有人将原癌基因看成是一类“管家基因”细胞癌基因的特点：广泛性、保守性、重要性(调控细胞增殖、分化623、癌基因的产物与分类生长因子类：sis生长因子受体类：erbB类似G蛋白类：ras酪氨酸激酶类：src丝/苏氨酸蛋白激酶类：raf转录因子类：c-myc、c-fos、c-jun3、癌基因的产物与分类生长因子类：sis生长因子受63TEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXTTEXT64类别成员产物性质产物定位生长因子类 sis与PDGF-B链同源胞质int-2与FGF同源胞质生长因子受体类erb-B与EGF受体同源质膜fins与CSF受体同源质膜/胞质非受体酪氨酸蛋白激酶类src酪氨酸蛋白激酶活性胞质/质膜丝/苏氨酸蛋白激酶类mos、raf丝/苏氨酸蛋白激酶活性胞质G蛋白类ras具有G蛋白功能质膜内核蛋白类myc,fos,myb,junDNA结合蛋白（转录因子）细胞核其它类crk磷脂酶C活性胞质癌基因分类类别成员产物性质产物定位生长因子类sis65细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件66（1）生长因子类：v属于这异类的有sis,int-2等5个癌基因。v特点是其产物与某些生长因子极为相似【举例】猴肉瘤病毒v-sis癌基因的蛋白产物p28与血小板生长因子（PDGF）链几乎完全相同。因此sis蛋白可模拟PDGF同其受体结合，刺激细胞过度增殖。（1）生长因子类：67（2）酪氨酸激酶类：v属于这一类的癌基因较多，较明确的有21种v根据其功能的差别，还可分成两个亚类：细胞表面生长因子受体膜结合的酪氨酸激酶（2）酪氨酸激酶类：68细胞表面生长因子受体：v包括erbB-l，erbB-2/HER/neu等7个癌基因。v禽成红细胞瘤（AEV）病毒癌基因erbB-l的蛋白产物pl70与上皮细胞生长因子受体（EGFR）的氨基酸序列高度同源。因此，它可模拟EGFR进行工作。即使在没有外源性刺激时，也能不断地使胞内靶蛋白发生酪氨酸激酶反应，从而连续地向细胞核发放增殖信号，导致细胞过度增殖。细胞表面生长因子受体：69膜结合的酪氨酸激酶：包括src-l，abl等14个癌基因。Rous肉瘤病毒（RSV）癌基因src-l的蛋白产物pp60是第一个被人们分离，并研究得最多的癌蛋白，分子量为60kD，长526个氨基酸残基，分布在质膜内侧。pp60是专一地使蛋白质分于中的酪氨酸残基发生磷酸化的蛋白激酶，称为酪氨酸专一性蛋白激酶（用P-tyr表示）。其过度表达可导致细胞骨架微丝、微管系统破坏。膜结合的酪氨酸激酶：703.丝氨酸苏氨酸激酶类：关于这类癌基因只列举了raf-1,mos和pim-1三种，它们的蛋白产物都是定位于胞质的丝氨酸苏氨酸专一蛋白激酶，与第二信使CAMP调节系统有密切关系。已知有一种CAMP依赖性蛋白激酶就是丝氨酸专一性蛋白激酶，具有传递CAMP的信号及调节基因表达的作用。3.丝氨酸苏氨酸激酶类：71（4）GTP结合蛋白类此类包括ras族的H-ras，K-ras，N-ras三个癌基因，以及在垂体及卵巢肿瘤中发现的gsp癌基因。ras族癌基因是目前研究得最多的癌基因。从人体肿瘤分离到的活化癌基因都属于ras族，其基因产物p21ras蛋白的分子量约21kD，长188189个氨基酸残基，分布于质膜内侧。具有GTP依赖的GTPase活性，其一级结构和生化特性和“G蛋白”十分相似。（4）GTP结合蛋白类72（5）核蛋白类：属于这一举的癌基因有myc,myb,fos等12个。其中研究得最为详尽的是c-myc。c-myc最早发现于禽粒细胞瘤病毒（AMV）中，并广泛分布于从酵母到人的基因组中。它含有3个外显子，编码一种含439个氨基酸，分子量为62kD的蛋白质。该蛋白定位于细胞核内，属DNA结合蛋白，可同单链或双链DNA结合。（5）核蛋白类：733、原癌基因的激活途径/机制（1）点突变（2）获得启动子与/或增强子（3）染色体移位（易位）或重排（4）基因放大(基因扩增)（5）转座子跳跃（6）去甲基化或低甲基化3、原癌基因的激活途径/机制（1）点突变（2）获得启动子与74点突变基因点突变是癌基因活化的主要方式。【举例】ras编码细胞信号传导中起着开关作用的蛋白，由189个氨基酸残基组成。当rasgene突变时，ras蛋白一直处于开的状态，细胞不断增值。rasproto-oncogene11261189glyglnarg(GC),k-rasoncogene点突变基因点突变是癌基因活化的主要方式。【举例】ras编码75细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件7677细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件78细胞内一些基因通过不明原因的复制，形成多拷贝。这些DNA以游离的形式存在称双微体(DMS)或再次整合入染色体形成均染区(HSR)，它一般表示染色体结构破坏和不稳定性。基因拷贝数增多往往导致基因表达增多。DNA扩增细胞内一些基因通过不明原因的复制，形成多拷贝。这些DNA以游79细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件80癌基因的甲基化改变DNA甲基化状态可影响基因结构和功能。GATC序列的A甲基化。CCGG序列的C甲基化。CCGC序列的C甲基化。DNA的CpG岛的甲基化，干扰了转录因子与启动子的识别结合，降低了基因的表达。某些癌基因低甲基化和抑癌基因高甲基化是细胞癌变的一个重要特征。DNA甲基化水平愈低肿瘤的浸润能力就越高，临床分期也愈晚。癌基因的甲基化改变DNA甲基化状态可影响基因结构和功能。81染色体重排在淋巴瘤和淋巴细胞白血病中存在免疫球蛋白或T细胞受体基因与未知染色体基因易位。导致一些未知基因易位到免疫球蛋白或T细胞受体。这种排列方式可以导致只在神经组织或胚胎细胞中表达的基因在有可能在B细胞或T细胞中表达，这种表达可导致细胞的增殖和分化异常。【举例】uBurkittsLymphoma:75%85%患者存在t(8;14)(q24;q32)u8号染色体上的myc基因易位至14号染色体长臂上IgH基因旁，在B淋巴细胞该基因活性转录，导致myc基因过度表达。染色体重排在淋巴瘤和淋巴细胞白血病中存在免疫球蛋白或T细胞受82细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件83细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件84细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件85癌基因活化机制相关肿瘤sis过度表达星形细胞、骨肉瘤，乳腺癌等erb-B1 过度表达肺鳞癌、脑膜瘤、卵巢癌等c-Met基因扩增重排过度表达胃癌、肝细胞癌、肾乳头状细胞癌等H-ras点突变甲状腺癌、膀胱癌等c-myc易位Burkitt淋巴瘤癌基因活化机制相关肿瘤sis过度表达星形细胞、骨肉86启动子插入v一个细胞原癌基因附近一旦被插入一个强有力的启动子即被激活。鸟类白细胞增生病毒（ALV）例如：1日龄鸡产生B细胞淋巴瘤vALV没有癌基因,只有一个强有力的启动子，当ALV前病毒（provirus）一旦整合到细胞的癌基因旁，即可诱导细胞癌基因的表达。启动子插入一个细胞原癌基因附近一旦被插入一个强有力的启动子即87转座到活性染色质区而激活转座到活性染色质区而激活88二、抑癌基因（antioncogene）v抑癌基因：又称肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）或隐性癌基因（recessiveoncogene），是一类抑制细胞增殖并潜在抑制癌变的基因，这类基因的缺失或失活导致细胞癌变。第一个被发现的抑癌基因：Rb表达产物的亚细胞定位涉及细胞表面、胞质或胞核，其功能涉及信号传递、细胞周期调控等。二、抑癌基因（antioncogene）抑癌基因：又称肿瘤891、判断条件：有正常表达；肿瘤中有缺失或突变；可抑制不含该基因肿瘤细胞的恶性表型2、失活途径：突变；表达蛋白被磷酸化；癌基因表达蛋白结合抑癌基因表达蛋白1、判断条件：90癌基因与抑癌基因比较特点oncogeneanti-oncogene基因属性cell增殖基因组织分化基因致癌方式激活，异常表达基因丢失或失活诱发机理突变或易位突变或缺失致癌机理显性隐性肿瘤类型白血病，淋巴瘤实体瘤癌基因与抑癌基因比较特点oncogene91细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件923、重要的抑癌基因（1）Rb（视网膜母细胞瘤基因）：最早被发现vRb、p53：均编码转录因子当等位基因处于杂合时，会出现丢失或突变另一个基因的趋势，称为杂合性丢失3、重要的抑癌基因（1）Rb（视网膜母细胞瘤基因）：最早被发93细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件94 Rb GeneRb Gene Rb Gene Rb Gene 突变突变突变突变 CyclinCyclin（CDKCDK，CKICKI）磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化 pRbpRb蛋白蛋白蛋白蛋白 pRbpRb蛋白蛋白蛋白蛋白 （激活）激活）激活）激活）去磷酸化去磷酸化去磷酸化去磷酸化 （失活）（失活）（失活）（失活）pRbpRbpRbpRb降解降解降解降解 病毒蛋白病毒蛋白病毒蛋白病毒蛋白 EIA/SV40TEIA/SV40TEIA/SV40TEIA/SV40T E2F E2F E2F E2F MDM2GeneMDM2GeneMDM2GeneMDM2Gene扩增，扩增，扩增，扩增，GeneGeneGeneGene产物抑制产物抑制产物抑制产物抑制pRbpRbpRbpRb 调节调节 G1G1期期 癌基因变化癌基因变化 DNADNA损伤损伤 S S期期 C C增殖增殖 P53P53 失失失失 控控控控 Apoptosis Apoptosis 复制终止复制终止复制终止复制终止 C C过度增殖过度增殖过度增殖过度增殖 直至修复直至修复直至修复直至修复 癌变癌变癌变癌变RbGene95细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件96显性负作用(dominantnegativeeffect)：突变型p53蛋白能抑制野生型p53的功能显性致癌作用(dominantoncogeniceffect)：某些p53突变体作为癌基因直接发挥致癌作用。或使癌细胞对放疗、化疗产生抗性而易转移。P53基因基因卫士vp53的突变型有两种形式：显性负作用(dominantnegativeeffect97致癌剂、电离辐射、致突变剂致癌剂、电离辐射、致突变剂p53基因正常细胞基因正常细胞p53基因突变或缺失基因突变或缺失野生型野生型p53活化活化突变型突变型p53不能活化不能活化靶基因转录上调靶基因转录上调DNA不能修复不能修复DNA损伤损伤DNA损伤损伤p21等等CDK抑制基因抑制基因GADD45等等DNA修复基因修复基因Bax等促等促凋亡基因凋亡基因G1细胞周期停止细胞周期停止DNA修复成功修复成功受损细胞恢复正常受损细胞恢复正常DNA修复失败修复失败细胞凋亡细胞凋亡细胞不停止生长细胞不停止生长细胞突变细胞突变恶性肿瘤恶性肿瘤克隆性扩增克隆性扩增和附加突变和附加突变致癌剂、电离辐射、致突变剂p53基因正常细胞p53基因突变或98p16主要表现为纯合性丢失或突变。p16/MTS1（multipletumorsuppressor1）正常时p16与CyclinD竞争结合Cdk4，特异抑制其活性，使之不能解除Rb基因对转录因子的抑制，从而抑制细胞的增殖，阻止细胞生长。该基因突变时，Cdk4与CyclinD结合增多，磷酸化多种癌基因产物(如PP60c-sYc、C-abl)，或磷酸化某些抑癌基因产物(如Rb蛋白)，促使细胞从静止态进入增殖态。p16主要表现为纯合性丢失或突变。p16/MTS1（m99三、DNA修复基因与肿瘤DNA损伤的修复保护了细胞基因组的完整性，因而也防止了细胞发生癌变的可能性。DNA修复基因（DNArepairgenes）：即对DNA损伤有修复作用的基因，这类基因通过修复原癌基因、肿瘤抑制基因、凋亡调控相关基因的非致死性损伤，间接影响细胞增殖与存活。DNA修复调节基因缺失或突变患者，肿瘤的发病率增高。常见DNA修复基因：GADD45、EGCC2、XPAC、PACC基因等。三、DNA修复基因与肿瘤DNA损伤的修复保护了细胞基因组的完100DNA错配修复基因(mismatchrepairgene)：编码特异性的酶，修复错配的核苷酸碱基。常见的DNA错配修复基因：MSH2、MLH1、PMS1、PMS2等。DNA错配修复基因微卫星不稳定性(MSI)：由于DNA复制不精确而发生差错，引起基因组中简单重复序列的增加和/或丢失，从而产生微卫星不稳定性。错配修复基因的致瘤机理：DNA错配修复基因功能异常-微卫星不稳定性-癌基因激活、抑癌基因失活-肿瘤发生DNA错配修复基因(mismatchrepairgene101胚胎组织，生殖细胞和造血干细胞存在端粒酶活性，绝大部正常细胞无此酶活性。p53和Rb能抑制端粒酶基因表达，若这些基因发生突变，端粒酶基因表达增强。四、端粒酶与肿瘤的关系APC和DCC基因是端粒酶基因上游调节因子，它们的突变或缺失，端粒酶基因激活。恶性肿瘤细胞早期亦可出现端粒酶活性增高。端粒酶活性可作为恶性肿瘤诊断指标之一。端粒酶活性与肿瘤生物学行为和预后密切相关。胚胎组织，生殖细胞和造血干细胞存在端粒酶活性，绝大部正常细胞102五、肿瘤发生的多步论1、恶性肿瘤的发生是一个多因素作用、多基因突变、多阶段逐步演变的过程。多因素作用长时间积累多步骤发展多基因参与要使得细胞完全恶性转化，需要多个基因改变，包括几个癌基因的激活，更多的肿瘤抑制基因失活，以及凋亡基因和DNA修复基因改变关键步骤：癌基因的突变和肿瘤抑制基因失活。五、肿瘤发生的多步论1、恶性肿瘤的发生是一个多因素作用、多基1032、基本步骤：（1）启动(initiation)：关键基因突变。生殖细胞突变：可遗传给后代，在后代机体中成为肿瘤发生的始祖细胞。体细胞突变：突变细胞具有增殖优势，形成实质性细胞克隆。（2）促进作用(promotion)促进因素本身无或仅有极微弱的致癌作用，不诱发基因突变，但能刺激细胞增生，形成良性肿瘤。促进因素：能改变基因的表达。如：佛波酯。2、基本步骤：104（3）发展/演进(progression)由良性肿瘤转变为恶性肿瘤的过程:失控性生长,血管化,抗药性,浸润,转移等。遗传和细胞生物学特性变化：染色体易位、转座子移动加强、染色体片段缺失、基因和染色单体扩增、DNA转染效率增强等。癌变的分子生物学特征：“胎儿基因”表达、激素和生长因子的异位表达、细胞癌基因的激活、细胞表面MHC抗原表达的丧失、抑癌基因功能丧失等（3）发展/演进(progression)105克隆性选择：在肿瘤发展过程中，基因突变促使细胞获得生长优势，形成克隆群。通过克隆性选择，肿瘤更加快速生长，其基因突变进一步累积，恶性表型增加，最终使一些细胞获得迁移能力。克隆性选择：在肿瘤发展过程中，基因突变促使细胞获得生长优势，106正常上皮细胞APC基因的丧失或突变（位于染色体5q）上皮过度增生DNA甲基化丧失早期腺瘤Ras基因突变（位于染色体12q）中期腺瘤DCC基因丧失（位于染色体18q）晚期腺瘤p53基因丧失（位于染色体17q）结肠腺癌结肠直肠癌的多阶段演化正常上皮细胞结肠直肠癌的多阶段演化107六、肿瘤转移的分子基础肿瘤转移主要指癌细胞原发性脱落，进入细胞外基质和血管或淋巴管，并在远处适宜的组织中生长。1、肿瘤的转移可分为三个阶段：细胞外基质的浸润血管播散；瘤细胞定居。细细胞胞恶恶性性转转化化转转移移性性癌癌细细胞胞亚亚克克隆隆粘粘附附并并侵侵入入基基底底膜膜浸浸润润细细胞胞外外间间质质侵侵入入血血管管与与淋淋巴巴细细胞胞相相互互作作用用肿肿瘤瘤细细胞胞栓栓子子与与内内皮皮细细胞胞粘粘附附穿穿出出血血管管转转移移灶灶形形成成肿肿瘤血管形成瘤血管形成转转移灶生移灶生长长六、肿瘤转移的分子基础肿瘤转移主要指癌细胞原发性脱落，进入细108细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件109整合素基因(integrinsgene)-细胞表面粘合受体-细胞基质粘附蛋白-锚定细胞。2、肿瘤浸润机制细胞锚定与粘附分子整合素基因(integrinsgene)-细胞表面粘合110IntegrinsaretransmembranereceptorsIntegrinsaretransmembranere111细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件112CadherinsCadherins113IgCAMsIgCAMs114MatrixMetalloproteinases(MMPs)肿瘤细胞表达金属蛋白酶-降解粘附蛋白，使得细胞失去固着作用。MMPs结构特点v以酶原形式分泌v均含2个锌离子，其中1个位于催化活性中心v前肽区高度保守序列PRCGXPDV对于保持酶原的潜在状态极其重要MatrixMetalloproteinases(MMP115vIntestitialCollagenase：分解纤维胶原的螺旋结构vGelatinase：识别并降解基底膜，降解纤维胶原vStromelysin：降解胞外蛋白多糖、层粘连蛋白等vMT-MMP：有穿膜区，位于细胞表面vothersMMPs的类型IntestitialCollagenase：分解纤维胶原116MMPsMMPs的活性的活性调节调节转录水平的调节转录后水平的调节酶原的活化TIMPs的抑制作用v正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因(TIMPgene),表达的蛋白产物能与蛋白酶结合，抑制其水解功能。肿瘤细胞该基因表达受阻。MMPs的活性调节转录水平的调节正常细胞含有金属蛋白酶抑制因117用myc等癌基因染小鼠，可使小鼠产生癌细胞，但不转移。说明转化与转移不是同一类基因。癌基因与抑癌基因主要调控肿瘤的恶性表型，诱发和增强癌细胞的转移潜能。肿瘤转移基因和转移抑制基因在肿瘤转移中起重要作用3、肿瘤转移基因和转移抑制基因肿瘤转移/抑制基因与癌/抑癌基因的区别：用myc等癌基因染小鼠，可使小鼠产生癌细胞，但不转移。说明转118Ras基因既是癌基因，也是肿瘤转移基因，它引起的癌细胞转移与几种效应蛋白，如IV型胶原酶、组织蛋白酶L及一些细胞因子有关。mst-1基因是一种肿瘤转移诱导基因，其基因产物可以抑制细胞内的微管聚合；还可使粘附分子活性降低，导致癌细胞从原发部位脱落。（1）肿瘤转移基因（meastaticgene）Ras基因既是癌基因，也是肿瘤转移基因，它引起的癌细胞转移与119（2）转移抑制基因（metastasissuppressorgene）nm23基因：与mst-1基因的作用相反。其编码产物是一种二磷酸核苷酸激酶，参与G蛋白的激活，介导细胞内信号传递，促进微管聚合。胶原酶抑制因子TIMP可以抑制细胞在体外的侵袭力；还可以抑制肿瘤的血管形成。Cadherin是一种钙粘连蛋白，可介导同种细胞间的粘附反应。钙粘连蛋白也是一种肿瘤转移抑制基因。在肿瘤转移中，以E-钙粘连蛋白较重要（2）转移抑制基因（metastasissuppress120细胞增值调控与肿瘤的分子基础课件121