生物化学及分子生物学(人卫第九版)-22癌基因和抑癌基因教学提纲

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Peyton Rous USA Rockefeller University New York, NY, USA B: 1879 D:1970
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RNA 病 毒 与 宿 主 细 胞 基 因 整 合 过 程

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病毒癌基因和原癌基因比较
病毒癌基因无内含子, 病毒癌基因无内含子,而原癌基因通常有内含子或插 入序列. 入序列. 病毒癌基因较原癌基因有较强的转化细胞功能, 病毒癌基因较原癌基因有较强的转化细胞功能,病毒 癌基因与同源的原癌基因在外显子序列中存在着微 小的差别. 小的差别. 病毒癌基因常会出现碱基取代或碱基缺失等突变, 病毒癌基因常会出现碱基取代或碱基缺失等突变,而 原癌基因则较少发现这类突变. 原癌基因则较少发现这类突变. 病毒癌基因通常丢失了原癌基因两端的某些调控序 列 , 而在病毒高效启动子作用下有较高的转录活性 . 而在病毒高效启动子作用下有较高的转录活性.
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(三)细胞癌基因
细胞癌基因(原癌基因) 1. 细胞癌基因(原癌基因)的特点
广泛存在于生物界中; 广泛存在于生物界中; 基因序列高度保守,称为持家基因; 基因序列高度保守,称为持家基因; 限制性表达产物,有促进细胞生长,增殖, 限制性表达产物,有促进细胞生长,增殖, 分 化和发育等生理功能; 化和发育等生理功能; 被激活后,形成癌性的细胞转化基因. 被激活后,形成癌性的细胞转化基因.
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病毒癌基因( 病毒癌基因 ( viral oncogene, v-onc) : 是致瘤病毒 ) 中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因. 中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因 . 原癌基因( 原癌基因 ( protooncogene, pro-onc) 或称 细胞癌基 , ) 或称细胞癌基 因(cellular oncogene,c-onc):是存在于细胞基因 , ) 组中, 正常情况下处于静止或低水平( 限制性) 组中 , 正常情况下处于静止或低水平 ( 限制性 ) 表 达状态, 对维持细胞正常功能具有重要作用, 达状态 , 对维持细胞正常功能具有重要作用 , 当受 到致癌因素作用被活化而导致细胞恶变的基因. 到致癌因素作用被活化而导致细胞恶变的基因. 癌基因名称用3个斜体小写字母表示, 癌基因名称用 个斜体小写字母表示,如myc,ras, 个斜体小写字母表示 , , src. .

Rcf.
67 66 266 295 296 71.72
Nenroblastomas Glioblastomas Mammary carcinoma
N-myc c-crbB1(EGFR) c-crbB2(HER2)
c-myc
Cyclin D1
Up to 50X
Up to 30X
297
201
13
三、癌基因分类：
1
存在于细胞内有自主增殖能力的遗传单位。
编码有生物学功能的多肽或RNA序列的核
酸序列（一般是 DNA 序列）。包括 DNA 编码区 和多种调节“元件”。
2
癌基因：简单讲所有被引进正常细胞后能使其转化为 肿瘤的基因。 肿瘤抑制基因：突变或缺失而功能失活后使正常细胞 转化为肿瘤的基因。 调整基因：这是一种能控制肿瘤细胞在体内扩散的基 因，其作用方式是阻止恶性细胞的转移、入侵正常组 织，或削弱恶性细胞抗拒免疫系统的能力。
9 22 5’ q11.2 22q11.2 9q34 abl 3’ 5’ q34 der 9 Der (22) Ph’ DNA RNA Protein
abl
9q34 22q11.2
3’
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5．基因扩增
染色体一定区域DNA的许多次复制造成大量拷贝
(1) 均匀染色区(Homogeneously staining region, HSR)：被复制的DNA 串联排列在染色体的同一位置。 (2) 双微染色体(Double minute chromosomes)：被复制的DNA呈细小 成对的染色体样结构。
env LTR
Protooncogene “captured” from host cell genome
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癌基因名称 SIS INT-2 EGFR HER-2 FMS、KIT SRC、ABL TRK
细胞内蛋白丝/苏氨酸激酶 RAF
作用 PDGF-2 FGF同类物，促进细胞增殖 EGF受体，促进细胞增殖 EGF受体类似物，促进细胞增殖 M-CSF受体、SCF受体，促增殖 与受体结合转导信号 在细胞内转导信号 MAPK通路中的重要分子
产物具有使酪氨酸磷酸化的蛋白激酶 (Protein Tyrosine Kinase)活性，定位于胞膜内 面或跨膜分布。能促进增殖信号的转导。
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(2)RAS家族：H-ras、K-ras、N-ras
编码的蛋白质都是P21，位于细胞质膜内面，P21可 与GTP结合，有GTP酶活性，是信息传导的“开 关”；
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病毒基因组结构
长末端 重复序列
正常的病毒基因
癌基因
LTR gag
pol
env src LTR
调节和 产生病毒 产生逆转录 产生病毒 产生酪氨酸 启动转录 核心蛋白 酶和整合酶 外膜蛋白 激酶
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癌基因激活的结果：
➢ 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
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三、原癌基因的产物与功能
（一）细胞外生长因子
作用于细胞膜上的受体系统或直接被传递 至细胞内，通过蛋白激酶活化转录因子，引发 一系列基因的转录激活。

1982年从肉瘤病毒中分离到癌基因Ras。随后证 明Ras蛋白是一个G蛋白，具有GTPase活性，参与 细胞的信号传导。
1983年克隆到与血小板生长因子(PGDF)蛋白 高度同源的v-Sis基因，之后又发现v-erbB编码 的蛋白与血小板来源的生长因子受体(EGFR) 高度同源，
1986年被克隆的人类第一个抑癌基因Rb被证实 是细胞周期信号传导的调控因子。 1989年发现的抑癌基因p53是细胞周期和细胞 凋亡信号传导的调控因子。
1、生长因子家族； 2、跨膜酪氨酸激酶； 3、膜相关酪氨酸激酶； 4、丝氨酸—苏氨酸激酶； 5、RAS家族 6、核蛋白
(见书表3-2)。
通过20多年的研究，人们已在哺乳类动物和人 的细胞中鉴定出与病毒癌基因高度同源的细胞 原癌基因，并明确这些原癌基因是调控细胞增 殖与分化的一类基因。
根据基因产物在细胞内的定位和生物学功能可 分为： 1、生长因子；
绝大多数肿瘤的基因变异都是体细胞突变，包括 点突变、扩增、重排、缺失或甲基化状态的改变。
癌基因最初作为病毒基因被发现，可使细胞转 化为癌细胞。后来发现人类正常细胞中存在病 毒癌基因的同源序列，称之为原癌基因(protooncogene)。原癌基因存在于正常细胞内，在细 胞的增殖和分化过程中起重要调控作用。
七、肿瘤的多基因变异累积 与基因组学和蛋白组学
20世纪90年代起人们逐渐认识到单一基因的异常 不足以导致细胞癌变,肿瘤可能是多基因变异累 积的结果。研究已发现了许多与肿瘤相关的基因， 细胞周期调控因子，凋亡相关基因，血管生长因 子和受体和端粒酶等。 到底有多少基因参与肿瘤的发生和发展，基因间 关系和作用通路是什么，还不清楚。
1975年第一个病毒癌基因Src被成功分离，并 且在人和动物的正常细胞中也找到了Src基因 的存在。 20世纪70年代末期进入癌基因研究的黄金时期， 至今已先后分离了一百多种癌基因

二、常见的抑癌基因及作用机制：
肿瘤转移抑制基因、DNA修复基因、促细胞 凋亡基因等。
根据发现的特定肿瘤组织而命名。
名称
TP53
RB
PTEN
P16 P21 APC DCC NF1 NF2 VHL WT1
常见的某些肿瘤抑制基因及其功能
染色体
相关肿瘤
编码产物及功能
17p13.1 13q14.2 10q23.3
肿瘤病毒是一类能使宿主产生肿瘤或使 培养细胞转化成癌细胞的动物病毒，其核 酸组成分为DNA病毒和RNA病毒。
病毒癌基因是一类存在于肿瘤病毒（大 多数是逆转录病毒）中的、能使靶细胞发 生恶性转化的基因。
癌基因的发现
1911年， Peyton Rous 报道将鸡肉瘤的无细胞滤 液注射给健康鸡后，可诱导发生肉瘤，表明无细 胞滤液含致病原，可传播肿瘤。 Rous提出病毒致癌理论：即传播肿瘤的无细胞 滤液中含的是病毒。 这种致病原就是Rous肉瘤病毒（RSV），后来 被证实是逆转录病毒(RNA病毒)。Rous因此获得 1966年诺贝尔生理和医学奖。
二、作用机制：
有3种作用方式：内分泌、旁分泌、自分泌。 生长因子主要以旁分泌和自分泌为主。
癌基因编码的生长因子，常常是自分泌。
作用机制
与膜受体结合
Байду номын сангаас
与胞内受体结合
酪氨酸激酶活 化
胞内相关蛋白 质被磷酸化
产生相应第二信使
蛋白激酶活化
生长因子 - 受 体复合物，活 化相关基因
核内转录因子活化
基因转录
H-ras（356个碱基） 的点突变所致。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 正常细胞H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT GTG 肿瘤细胞H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GTC GGT GTG

Proto-oncogene (c-onc): a normal cellular form of a gene that controls cell
proliferation and can be converted into a cancer-promoting gene by mutation, whose continued activation leads to continued signal transduction, and whose aberrant expression or activity may contribute to tumorigenesis .
癌生物学 （癌基因与抑癌基因）
提纲
一、癌基因
二、抑癌基因 三、癌基因/抑癌基因与多步骤癌变 四、癌基因/抑癌基因的鉴定
肿瘤发生机理
物理因子 化学因子 生物因子，如病毒
遗传物质改变
正常细胞
癌细胞
➢ a genetic disease characterized by uncontrolled cell growth
B
Transforming (Sarcoma Viruses, RSV)
Peyton Rous, 1911 -cell free lysates could induce sarcomas in other chickens
1，Acute; 2，Transform cultured cells
病毒致癌-- Nobel Prize! 1966
Mouse
Drosophila
Human
+
+
+
+
+
Thus: a proto-oncogene is the NORMAL progenitor gene of a viral oncogene

第七章癌基因、抑癌基因与生长因子教学大纲要求1.掌握癌基因、抑癌基因和生长因子的概念2.熟悉癌基因、抑癌基因的功能3.了解癌基因与生长因子的关系，以及生长因子信号传递的基本过程。

教材内容精要（一）癌基因1．癌基因(oncogene)：最初是指在体外引起细胞转化、在体内诱发肿瘤的基因，实际上它们是一类编码重要调控蛋白的正常细胞基因，其主要功能是调节细胞的增殖与分化。

目前认为凡能编码生长因子、生长固子受体、细胞内生长信息传递分子，以及与生长有关的转录调节因子的基因均属癌基因。

癌基因分为细胞癌基因(cellular oncogene)或原癌基因(proto oncogene)和病毒癌基因(virus oncogene)。

存在于正常细胞基因组中的癌基因称细胞癌基因（conc）。

存在于肿瘤病毒中的能使靶细胞发生恶性转化的基因称病毒癌基因（vonc）。

2．癌基因的激活机制．(1)启动子或增强子的插入(promoter insertion)：可以引起原癌基因过度表达戎由不表达变为表达，导致细胞恶性转变。

(2) 点突变(point mutation)：原癌基因中某一碱基突变，导致其蛋白产物的氨基破残基改变。

(3)原癌基因扩增(gene amplification)：使原癌基因拷贝数增加或表达活性增强，产生过量的表达蛋白，导致肿瘤。

(4) 基因易位(translocation)或重排(rearrangement)：由于原癌基因的位置改变，调控环境改变，可能使原来无活性的原癌基因移至强的启动子或增强于附近而被活化，而使基因表达增强，恶性变。

3．原癌基因的产物与功能原癌基因的产物为一系列信息调控蛋白，通过以下方式调节细胞生长与增殖，调节细胞分化，调节基因表达。

(1)细胞外的生长因子：如血小板源性生长因子（PDGF）、表皮生长因子（EGF）、转化生长因子（FGF）等，生长因子的过度表达，使生长信号持续输入细胞，导致细胞增殖失控。

Rb基因
是第一个被克隆和测序的抑癌基因。为视 网膜母细胞瘤（retinoblastoma）易感基因。
Rb基因定位于人染色体13q14,长约180Kb，有27 个外显子。
Rb基因编码的蛋白为105kDa的蛋白，分布于核 内，是一种DNA结合蛋白，有磷酸化和非磷酸化两 种形式 ,非磷酸化时有活性!
Rb基因编码的蛋白主要功能与细胞周期密切相 关，促进细胞分化，抑制细胞增殖。
Rb基因的作用机制:
当Rb基因发生缺失或突变， 丧失结合、抑制E-2F的能力， 于是细胞增殖活跃，导致肿 瘤发生。
G0 G1期 S期
Rb蛋白 E-2F
激活转录作用的 活性蛋白
Rb蛋白 P E-2F
DNA
DNA mRNA
Rb基因丧失功能或先天性缺失，视网 膜细胞异常增生，形成视网膜母细胞瘤。
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小结
2/3
根据病毒核酸组成,分为DNA病毒和RNA病毒
（即逆转录病毒）。
病毒癌基因*：存在于病毒基因组中，体内使
敏感宿主产生肿瘤或体外导致培养细胞恶性转化
的基因。
。
DNA肿瘤病毒携带的癌基因特点：
具有转化细胞能力 在宿主基因组中没有副本
RNA肿瘤病毒携带的癌基因特点：
具有急性转化细胞能力 来源于宿主细胞基因组 在宿主细胞基因组中有副本 (与宿主细胞癌基因高度同源)
病 毒 癌 基 因 的 来 源
（二）细胞癌基因
细胞癌基因是一类普遍存在于正常细胞内调控细 胞增殖和分化的重要基因。
在正常细胞中以非激活形式存在，不会自发诱导 癌症，故又称为原癌基因(proto-oncogene)。
原癌基因是细胞基因组的正常成分，是一类编码关 键性调控蛋白的正常细胞基因，参与细胞生长、增 殖、分化各环节的调控。

目录
三、癌基因活化的机制
（一）获得启动子与增强子 （二）基因易位 （三）原癌基因扩增 （四）点突变
癌基因被激活的结果 ➢ 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
目录
（一）获得启动子与增强子
逆转录病毒感染细胞后，病毒基因组所携 带的长末端重复序列（LTR内含较强的启动子 和增强子）插入到细胞原癌基因附近或内部, 启 动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的 转录水平，使原癌基因过度表达或由不表达变 为表达，从而导致细胞发生癌变。
癌基因、抑癌基因 与生长因子
Oncogenes, Anti-oncogenes and Growth Factors
目录
肿瘤分子生物学研究史:
• 1911年，Peyton Rous发现鸡肉瘤病毒可以致癌。 产生“肿 瘤源于体细胞基因改变”的概念。
• 1947年，Charlotte Auerbach和J. M. Robson证明化学物质 可以引起DNA损伤，破坏基因组稳定性，诱发肿瘤。
酸性区
核心区
碱性区
DNA损伤
复制因子A P53蛋白
P21基因
P53蛋白
P21蛋白 细胞停滞于G1期
细胞调亡
P53蛋白 抑 制
解链酶
目录
P53蛋白的生物学功能有： ① 转录调节及抑制细胞生长的作用： ➢ P53蛋白促进WAF1/CIP1基因表达产生一 种 分 子 量 为 21kD 的 蛋 白 质 （ p21WAF1/CIP1 ） ， 诱导细胞生长停滞于G1期。
• 追踪研究逆转录病毒致癌的线索，Bishop等人于1980年 提出了癌基因假说。
• 根据这一假说，引起Rous鸡肉瘤等的逆转录病毒的基 因组中存在有致癌基因，即病毒癌基因（v-onc）。

TGF-调节的MAD相关蛋白
VHL
3P
小细胞肺癌、宫颈瘤 转录调节蛋白
WT1
11P13
肾母细胞瘤
编码锌指蛋白（转录因子）
细胞周期因子：
P16
9p21
黑色素瘤
编码P16蛋白，CDK 4, 6抑制剂
P15
9p21
交质母细胞瘤 编码P15蛋白，CDK 4, 6抑制剂
P21
6q21
前列腺癌 精品医学编码P21蛋白，CDK 2, 3, 4, 6抑制3剂2
• 去分化或异常分化（dedifferentiation):往往缺乏成 熟的形态和完整的功能，对正常细胞分化调节机制 无反应。
• 接触抑制（contact inhibition）丧失
精品医学
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三、肿瘤是一种基因疾病
❖ 证据： ➢ 当肿瘤细胞分裂时，产生的两个子细胞都 是肿瘤细胞。 ➢ 化学致癌物质正是引起DNA损伤的物质。 ➢ 癌基因转染正常细胞可转变为肿瘤细胞。
Loss of second allele somatic cells induces tumor formation
Fig. R etinoblastom a is caused by loss of both copies of the RB gene in
chromosome band 13 q14. In the inherited form, one chromosome has
5
二、肿瘤细胞的生物学特征
• 生长的自主性（autonomy):即控制正常细胞增殖的 调节因素，对肿瘤细胞不起作用
• 可移植性（transplantability):将原发肿瘤细胞移植 于同种或免疫缺陷动物体内，能再次生长、增殖为 和原来完全相同的肿瘤组织。

G 0 G 1期 Rb蛋白 Rb蛋白 E-2F DNA S期 E-2F Rb蛋白 Rb蛋白 DNA mRNA
P
Rb基因定位于染色体13q14，编码一种核 结合蛋白（P105-Rb），在细胞核中以活 化的脱磷酸化和失活的磷酸化形式存在。 活化的Rb蛋白对细胞从G1/G0期进入S期 有抑制作用。当细胞受到刺激开始分裂时, Rb蛋白被磷酸化而失活,使细胞进入S期.当 , Rb 细胞分裂成两个细胞时,失活的Rb蛋白通过 脱磷酸化活化,使子细胞处于G1期或G0的 静止状态.如果由于点突变或13Q14的丢失, Rb蛋白的表达就会出现异常,失去对细胞生 长的抑制作用,细胞就 可能持续处于增殖期, 并因此恶变。
病毒癌基因的发现
1911年 1911年, Rous 报道将鸡肉瘤的无细胞滤液注射 给健康鸡后，可诱导发生肉瘤， 给健康鸡后，可诱导发生肉瘤，表明无细胞滤液 含致病原，可传播肿瘤。 含致病原，可传播肿瘤。 Rous提出病毒致癌理论：即传播肿瘤的无细胞滤 Rous提出病毒致癌理论： 提出病毒致癌理论 液中含的是病毒。 液中含的是病毒。 这种感染性颗粒后来被证实是逆转录病毒(RNA病 这种感染性颗粒后来被证实是逆转录病毒(RNA病 (RNA 毒 )。 Rous因此获得1966年 诺贝尔生理和医学奖。 。
ras、 ras、K-ras及N-ras。
虽其核苷酸序列的同源性较少，但编码蛋白 虽其核苷酸序列的同源性较少， 质的分子量均为21 kD,即P21。 质的分子量均为21 kD,即P21。 其表达产物多属传递信号的小G蛋白， 其表达产物多属传递信号的小G蛋白，能结 合GTP，有GTP酶活性，并参与细胞内cAMP水平 GTP， GTP酶活性，并参与细胞内cAMP cAMP水平 酶活性 的调节。 的调节。
（三）原癌基因的扩增