發(fā)育生物學(xué)-郭熙志 9 growth,cancer and senescence

第九章:Growth,cancerandsenescence動(dòng)物生長的主要特點(diǎn)胚胎發(fā)育早期生長不明顯或緩慢；生長主要發(fā)生在個(gè)體的雛形建立之后；不同組織器官的生長速度不同。一、組織、器官、個(gè)體的生長生長的策略Axonofneurone.g.,bone,cartilagee.g.,manytissues損傷或刺激可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖或生長：如將大鼠肝臟切除2/3,剩余部分增殖使肝臟恢復(fù)原來的大??；切除腎的一部分，剩余部分主要通過細(xì)胞增大而增大。在正在生長的組織中，生長速度決定于細(xì)胞的增殖和凋亡的速度。細(xì)胞增殖受內(nèi)外因素的控制Duringcleavageoffertilizedeggs,therearevirtuallynoG-phase.

果蠅受精卵含母體磷酸化蛋白string，使1－13次卵裂只發(fā)生細(xì)胞核的分裂，無G期。其后,母體string蛋白消失，合子string基因按時(shí)空特異性表達(dá)，其表達(dá)受gap、pair-ruled等基因產(chǎn)物的控制，只有表達(dá)string的細(xì)胞才能進(jìn)入有絲分裂。由于有絲分裂不同步，不同組織有不同數(shù)量的細(xì)胞。果蠅胚胎早期發(fā)育中細(xì)胞的分裂特點(diǎn)人的生長速率因發(fā)育階段而異人軀體的不同部分有不同的生長速率營養(yǎng)對(duì)生長的影響胚胎在子宮中發(fā)育期間營養(yǎng)不良，一般會(huì)產(chǎn)生較小、但各部分比例正常的個(gè)體。出生后營養(yǎng)不良可影響某些器官的正常生長。如斷奶后營養(yǎng)不良的大鼠骨架生長正常，但肝和腎會(huì)很小。出生時(shí)個(gè)體較小的嬰兒，長大后易患心血管疾病和非胰島素依賴性糖尿病。生長受激素的調(diào)控缺失IGF-2基因的小鼠出生時(shí)的重量?jī)H為正常鼠的60%，表明IGF-2是早期胚胎生長所必需的。IGF-1主要在出生后起作用。不同的器官具有不同的內(nèi)在生長程序GH,IGF-1長骨的生長依賴生長板中細(xì)胞數(shù)量的增加肌肉組織的生長來自單個(gè)肌纖維的加長和膨大條紋肌肌原節(jié)數(shù)的增加依賴于骨的壓迫力成年哺乳動(dòng)物的皮膚表皮細(xì)胞不斷更新干細(xì)胞分裂產(chǎn)生一個(gè)新的干細(xì)胞和一個(gè)將要分化的細(xì)胞。干細(xì)胞命運(yùn)與其表達(dá)integrin并通過其與基底層的laminin和collagen相連有關(guān)。crypt小鼠小腸的每個(gè)隱窩含有1個(gè)干細(xì)胞和30-40個(gè)潛在的干細(xì)胞，約150個(gè)分裂的細(xì)胞、每天分裂2次，每天產(chǎn)生約300個(gè)細(xì)胞。成年哺乳動(dòng)物的腸上皮細(xì)胞也不斷更新植物的生長受激素的控制植物的生長主要通過細(xì)胞體積的增加二、蛻皮(molting)和變形(metamorphosis)

變形是指從某些動(dòng)物幼蟲轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)上大為不同的成年個(gè)體的過程。如毛蟲變?yōu)槌赡旰⑶優(yōu)轱w蛾、蝌蚪變?yōu)榍嗤堋Ｔ诠?jié)肢動(dòng)物上，幼蟲期及成年前體積的增加伴隨角質(zhì)的退化脫落(角質(zhì)阻礙體積的增加)，而形態(tài)結(jié)構(gòu)未發(fā)生大的改變，該過程為molting。不同蛻皮期的個(gè)體體積都顯著增加蛻皮過程個(gè)體生長激活牽長感應(yīng)器(stretchreceptor)大腦分泌促前胸腺激素(PTTH)激活前胸腺蛻皮素(ecdysone)molting幼年素(juvenilehormone)咽側(cè)體(corpusallatum)昆蟲的變形受環(huán)境和激素的調(diào)控兩棲動(dòng)物的變形過程促甲狀腺素釋放激素促甲狀腺素甲狀腺素對(duì)不同組織的作用不同。如它們促進(jìn)肢體的發(fā)育和生長，但引起尾巴細(xì)胞的凋亡而使尾巴退化。果蠅幼蟲期的唾液腺細(xì)胞發(fā)生染色體復(fù)制，但不發(fā)生有絲分裂，導(dǎo)致形成巨形多線染色體。染色體轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)疏漲，其位置受蛻皮素的調(diào)控。昆蟲變形過程中基因活性變化生長因子Growthfactors產(chǎn)生相應(yīng)第二信使胞內(nèi)相關(guān)蛋白質(zhì)被磷酸化與膜受體結(jié)合酪氨酸激酶活化蛋白激酶活化核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子活化基因轉(zhuǎn)錄與胞內(nèi)受體結(jié)合生長因子–

受體復(fù)合物，活化相關(guān)基因二、生長因子作用機(jī)制目錄在某些生理或病理?xiàng)l下，細(xì)胞接受到某種信號(hào)所觸發(fā)的并按一定程序緩慢死亡的過程。誘導(dǎo)因素：野生型p53基因抑制因素：突變型p53基因

神經(jīng)生長因子(NGF)三、生長因子與疾病1、細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡(apoptosis)（1）.原發(fā)性高血壓myc、fos的激活促平滑肌細(xì)胞增生p53低表達(dá)或突變（2）.動(dòng)脈粥樣硬化PDGF過量產(chǎn)生（3）.心肌肥厚ras、myb、myc、fos等過量表達(dá)IGF、TGF、FGF2、心血管疾病Aging衰老個(gè)體衰老顯著特征是死亡概率增高損傷積累？遺傳決定？不同物種的壽命不同：遺傳控制Disposablesomatheory影響衰老的基因食物攝取量影響壽命：處于最低營養(yǎng)水平的大鼠的壽命比高攝食量的大鼠長40％，可能是因?yàn)槭澄锓纸庵挟a(chǎn)生的自由基對(duì)DNA和蛋白質(zhì)起破壞作用。線蟲的daf-2基因：剛孵化的線蟲在寬爽的空間、豐富的食物條件下存活2周，但在擁擠、缺食條件下進(jìn)入不攝食、不生長的dauerlarvalstate,可長達(dá)數(shù)月。Daf-2基因突變的線蟲即使在有豐富的食物時(shí)仍進(jìn)入dauerstate，其壽命比正常線蟲長2倍。線蟲的clk-1基因：該基因突變個(gè)體的細(xì)胞周期變長，壽命比正常胚胎長70％。Daf-2、clk-1及另外2個(gè)clk基因都突變的個(gè)體的壽命延長5倍。人的WernerSyndrome:

患者青春期生長緩慢，20余歲白發(fā)、易患心臟病，絕大多數(shù)死于50歲前。其成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)只能分裂幾次就死亡。其被突變的基因編碼的蛋白與DNA解螺旋有關(guān)，而DNA解螺旋是DNA復(fù)制、修復(fù)、基因表達(dá)所必需的。HallmarksofAgingGenomicandEpigenomicAlterationsLossofProteostasisCellularSenescence,StemCellExhaustion,andAlteredIntercellularCommunication體外培養(yǎng)中細(xì)胞的衰老atGoTelomereshorteningMetabolicAlterationsFunctionalInterconnectionsbetweentheHallmarksofAgingInterventionsthatMightExtendHumanHealthspanCancerandAging生長失控導(dǎo)致腫瘤

連續(xù)分裂的細(xì)胞最可能致癌，如85％的癌癥發(fā)生在表皮細(xì)胞，白細(xì)胞過多導(dǎo)致白血病。Proto-oncogene突變?yōu)閛ncogene是癌癥的誘因，多為顯性突變。原癌基因與細(xì)胞增殖、分化和遷移有關(guān)，編碼生長因子和信號(hào)分子及與信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)的蛋白質(zhì)。

抑癌基因的突變也導(dǎo)致癌癥，但屬隱性突變。如調(diào)控細(xì)胞周期的Rb突變可導(dǎo)致視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤。人的patched基因也是一個(gè)抑癌基因，其突變導(dǎo)致各種皮膚癌。癌基因所編碼的產(chǎn)物與細(xì)胞的腫瘤性轉(zhuǎn)化相關(guān)。它以顯性的方式對(duì)細(xì)胞生長起陽性作用，并促進(jìn)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化。指在體外能引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化，在體內(nèi)能誘發(fā)腫瘤的基因。是細(xì)胞本身遺傳物質(zhì)的組成成分?？蓙碜圆《荆部蓙碜约?xì)胞。癌基因的名稱一般用三個(gè)斜體小寫字母表示:myc、ras、src等。癌基因(oncogene)癌基因的發(fā)現(xiàn)：1911年，PeytonRous(P.Rous),雞肉瘤(家禽傳染性肉瘤），RousSarcomaVirus，逆轉(zhuǎn)錄病毒，（RSV）,src,

1966年NobelPrize弗朗西斯·佩頓·勞斯（FrancisPeytonRous）1879年生于美國，美國微生物學(xué)家，病毒學(xué)家。約翰.霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院畢業(yè)。。1966年因發(fā)現(xiàn)勞斯腫瘤病毒，被授予諾貝生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這種病毒至今仍是癌研究中的重要實(shí)驗(yàn)材料。1970年逝世。病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)存在于病毒基因組中的一段核苷酸片段（癌基因），它不編碼病毒的結(jié)構(gòu)成分，對(duì)病毒復(fù)制也沒有作用，但可以使它的宿主細(xì)胞持續(xù)增殖、轉(zhuǎn)化。如src一、病毒癌基因

調(diào)節(jié)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄LTRgagpolenv

srcLTR

長末端重復(fù)序列癌基因正常的病毒基因產(chǎn)生病毒核心蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒外膜蛋白產(chǎn)生非受體酪氨酸蛋白激酶*病毒基因組結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞癌基因激活：癌基因；靜止未激活：原癌基因可從腫瘤組織細(xì)胞中分離出的致癌的基因片段。細(xì)胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)它是來自細(xì)胞中的致癌基因，由正常細(xì)胞基因組中的原癌基因(proto-oncogenes,pro-onc)轉(zhuǎn)化而來。細(xì)胞癌基因≈原癌基因定義1：細(xì)胞內(nèi)正常存在的基因。通常參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和生長。其突變或不恰當(dāng)表達(dá)會(huì)引起細(xì)胞癌變。定義2：編碼調(diào)節(jié)細(xì)胞生長或分化的有關(guān)蛋白質(zhì)，而在突變或過表達(dá)時(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)榘┗虿⒁鸺?xì)胞癌變的正常細(xì)胞基因。定義3：真核細(xì)胞基因組中被激活后可引起癌變的一類基因。細(xì)胞癌基因的概念（一）原癌基因1、概念：在正常細(xì)胞組織中存在的與癌基因相同相似的（高度同源）核苷酸片段。它是基因的正常版本，是癌基因的前體，這類基因的表達(dá)產(chǎn)物與正常細(xì)胞的生長，增殖、分化及調(diào)控等相關(guān)。正常情況下，這些原癌基因處于靜止或低表達(dá)的狀態(tài)，對(duì)細(xì)胞無害，對(duì)維持細(xì)胞正常功能具有重要作用，當(dāng)其被活化時(shí)，細(xì)胞發(fā)生癌變。2、、原癌基因的特點(diǎn)：（1）、普遍性，從酵母到人的細(xì)胞普遍存在；（2）、保守性（基因序列高度保守）（3）、產(chǎn)物是功能蛋白，與調(diào)控細(xì)胞的增殖、分裂，信號(hào)傳導(dǎo)及細(xì)胞凋亡相關(guān)。（4）、在某些因素如放射線，化學(xué)物質(zhì)作用下一旦被激活，則發(fā)生數(shù)量上和結(jié)構(gòu)上的變化使原癌基因激活從而導(dǎo)致癌變。原癌基因它們既可以被導(dǎo)入逆錄病毒而活化成病毒癌基因（v-onc），也可因突變或異常表達(dá)而活化成細(xì)胞癌基因（c-onc）。活化的癌基因能誘導(dǎo)細(xì)胞的異常增殖和腫瘤發(fā)生。3、細(xì)胞原癌基因的產(chǎn)物分類①生長因子，如（EGF

表皮生長因子）,②生長因子受體，如酪氨酸蛋白激酶受體，非酪氨酸蛋白激酶受體③細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，如Ras蛋白，④轉(zhuǎn)錄因子，如Myc，F(xiàn)os蛋白⑤與細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)的蛋白，如RB蛋白，CDK4蛋白sis，egf；如fms、erbB

；如src、ras、raf；如CDK4、cyklin、RB、P53；如myc、fos、jun等目錄（原癌基因）與細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)的蛋白，如RB蛋白，CDK4蛋白1、獲得啟動(dòng)子或增強(qiáng)子2、基因易位、重排（8號(hào)14號(hào)）3、原癌基因擴(kuò)增(多倍體，非整倍體，雙鏈微小染色體）4、點(diǎn)突變等（Ras基因點(diǎn)突變）（二）、原癌基因活化的機(jī)制抑癌基因

Anti-oncogenes抑癌基因(cancersuppressivegene,anti-oncegene)抑制細(xì)胞過度生長、增殖，促進(jìn)終末分化并從而遏制腫瘤形成的基因。在70年代廣泛研究癌基因之前，通過體細(xì)胞雜交、流行病統(tǒng)計(jì)學(xué)及細(xì)胞遺傳學(xué)分析已指出，存在能抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)化的基因表型。一、抑癌基因的基本概念二、常見的抑癌基因P53；Rb;P16;P21常見抑癌基因的作用機(jī)制（一）、Rb基因1、概述：（1）Rb（人類視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤）基因是第一個(gè)被克隆的抑癌基因。（2）Rb的突變導(dǎo)致視網(wǎng)膜瘤。（3）活性Rb基因它控制成視網(wǎng)膜細(xì)胞的生長，發(fā)育及視覺細(xì)胞的分化---，基因突變，視網(wǎng)膜細(xì)胞異常增殖。（4）散發(fā)性Rb發(fā)生較晚，一般只危及一眼，遺傳性Rb往往危及雙眼，3歲左右發(fā)病形成多個(gè)腫瘤。

（5）13號(hào)染色體；105KD；27個(gè)外顯子；含925個(gè)AA殘基，單鏈，去磷酸化，低磷酸化為活性形式，蛋白定位在細(xì)胞核

2、Rb基因的生物學(xué)功能（1）、監(jiān)控、限定細(xì)胞周期按程序進(jìn)行（負(fù)調(diào)控）（2）、結(jié)合存在與細(xì)胞中的異常蛋白，病毒蛋白防止其使細(xì)胞轉(zhuǎn)化。3、Rb基因失活與腫瘤發(fā)生例如向培養(yǎng)的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞中導(dǎo)入克隆的Rb基因，該瘤細(xì)胞可恢復(fù)正常的表型，說明該視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞已失去了Rb抑癌基因該基因缺失與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤，成骨肉瘤，結(jié)腸癌等有關(guān)。

Rb.E-2FRb--P(失活）CyvlinD.CDK4Rb激酶ATPADPE—2FC-mycTyrPKRDNA-PolFH2合成酶參與核苷酸合成的酶進(jìn)入細(xì)胞周期G1~S4、Rb基因產(chǎn)物的作用機(jī)制G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNAmRNADNAPRb蛋白E2F是與細(xì)胞周期運(yùn)行相關(guān)的轉(zhuǎn)錄激活因子，它可使細(xì)胞從G1—到S期DNA聚合酶、二氫葉酸還原酶、Tyr受體；胸苷酸激酶等（二）、P53蛋白——基因衛(wèi)士

1、P53基因概述1979年發(fā)現(xiàn)（1）、人P53基因位于17號(hào)染色體,全長16-20kb,含有11個(gè)外顯子，蛋白分子量53kD（393個(gè)氨基酸）。（2）P53基因是迄今為止發(fā)現(xiàn)的與人類腫瘤相關(guān)性最高的基因。（3）野生型P53基因是一種抑癌基因。而變異P53基因可認(rèn)為是癌基因。

(1)、N端酸性區(qū)，與半衰期即穩(wěn)定性相關(guān)，被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域（2）、核心區(qū)，含DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，常見突變位點(diǎn)，突變則喪失轉(zhuǎn)錄激活的功能，不能轉(zhuǎn)錄p21基因….）（3）、C端堿性區(qū)（癌基因轉(zhuǎn)化區(qū)，功能區(qū)），通過該區(qū)形成四聚體，為多種蛋白激酶的識(shí)別位點(diǎn)。2、P53蛋白結(jié)構(gòu)3、P53蛋白的生物學(xué)功能（1）、基因衛(wèi)士，維持細(xì)胞的正常生長抑制細(xì)胞的惡性增殖。（2）、監(jiān)控基因的完整性，一旦DNA損傷，p53基因表達(dá)，活化p21基因轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞周期停止于G1期。（3）、抑制解鏈酶的活性（與復(fù)制因子A相互作用），當(dāng)DNA損傷時(shí)，不解鏈，不復(fù)制（4）、參與DNA的修復(fù)性復(fù)制，一旦修復(fù)失敗，啟動(dòng)程序性細(xì)胞死亡即