信號(hào)通路與腫瘤發(fā)生

關(guān)于信號(hào)通路與腫瘤發(fā)生第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月腫瘤的發(fā)生第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月腫瘤的分類第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月1976年，J.M.Bishop和H.E.Varmus發(fā)現(xiàn)宿主細(xì)胞基因組內(nèi)含有與鳥類Rous肉瘤病毒高度同源的src基因，并首次提出細(xì)胞癌基因（cellularoncogene,c-onc），從而分享了1989年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。HaroldE.VarmusJMichaelBishop第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月歷史信號(hào)通路（signalpathway）的提出最早可以追溯到1972年，不過那時(shí)被稱為信號(hào)轉(zhuǎn)換（signaltransmission）。1980年，M.Rodbell在一篇綜述中提到信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction），此后這個(gè)概念就被廣泛使用了。第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程信號(hào)分子接收器信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子靶細(xì)胞效應(yīng)慢反應(yīng)激活轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控靶基因表達(dá)快反應(yīng)調(diào)節(jié)效應(yīng)蛋白的活性（代謝酶、離子通道等）第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月信號(hào)分子(ligand)化學(xué)信號(hào)：激素、神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽、 局部體液因子、細(xì)胞的代謝物、 外源性的藥物或毒物物理信號(hào)：光、電、機(jī)械刺激、 細(xì)胞之間和細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的直接接觸氣體信號(hào)：NO、CO脂溶性:類固醇激素，甲狀腺激素水溶性：生長因子等肽類激素第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月接收器(receiver)受體(receptor)細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活性分子并與之結(jié)合的成分，它能把識(shí)別和接受的信號(hào)正確無誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)能接受信號(hào)的其它成分

第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月本世紀(jì)初“受體”概念----1955年正式確立1951年發(fā)現(xiàn)NGF1960年發(fā)現(xiàn)EGF1986年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1957年第二信使cAMP發(fā)現(xiàn)并提出1971年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1957年蛋白磷酸化的發(fā)現(xiàn)及分離1992年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)20世紀(jì)70年代G蛋白發(fā)現(xiàn)和克隆1994年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)20世紀(jì)90年代細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)研究初見雛形并日趨完善NO—偉哥1997年美國信息研究所“熱點(diǎn)科學(xué)研究”論文統(tǒng)計(jì)： 科研項(xiàng)目排行第一

第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)受體膜受體(membranereceptor)

存在于細(xì)胞膜上能與胞外信息分子結(jié)合，并將信號(hào)傳遞至胞漿或核內(nèi)，調(diào)節(jié)靶細(xì)胞功能的分子核受體(nuclearreceptor) 位于胞漿或核內(nèi)的受體，激活后作為轉(zhuǎn)錄因子，在核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而誘發(fā)細(xì)胞特定的應(yīng)答反應(yīng)第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月膜受體G蛋白偶聯(lián)受體受體酪氨酸激酶家族細(xì)胞因子受體超家族絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶型受體家族死亡受體家族離子通道型受體粘附分子受體，第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月核受體甾體激素受體超家族非甾體激素受體超家族甲狀腺激素受體維甲酸受體維生素D3受體家族第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)能接受信號(hào)的其它成分粘附分子（如鈣粘素、整合素）離子通道免疫球蛋白選擇素第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月概念信號(hào)通路是指能將細(xì)胞外的分子信號(hào)經(jīng)細(xì)胞膜傳入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮效應(yīng)的一系列酶促反應(yīng)通路。這些細(xì)胞外的分子信號(hào)（稱為配體，ligand）包括激素、生長因子、細(xì)胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)以及其它小分子化合物等。當(dāng)配體特異性地結(jié)合到細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)的受體（receptor）后，在細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳遞。第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)1.蛋白磷酸化各個(gè)信號(hào)通路中上游蛋白對(duì)下游蛋白活性的調(diào)節(jié)（包括激活或抑制作用）主要是通過添加或去除磷酸基團(tuán)，從而改變下游蛋白的立體構(gòu)象完成的。所以，構(gòu)成信號(hào)通路的主要成員是蛋白激酶和磷酸酶，它們能夠快速改變和恢復(fù)下游蛋白的構(gòu)象。第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月1992年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予給了EdmondFischer和EdwinKrebs"fortheirdiscoveriesconcerningreversibleproteinphosphorylationasabiologicalregulatorymechanism"第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)2.級(jí)聯(lián)放大從細(xì)胞受體接收外界信號(hào)到最后做出綜合性應(yīng)答，不僅是一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，更重要的是將外界信號(hào)進(jìn)行逐步放大的過程。受體蛋白將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)級(jí)聯(lián)放大、分散和調(diào)節(jié)，最終產(chǎn)生一系列綜合性的細(xì)胞應(yīng)答，包括下游基因表達(dá)的調(diào)節(jié)、細(xì)胞內(nèi)酶活性的變化、細(xì)胞骨架構(gòu)型和DNA合成的改變等第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月信號(hào)放大的定義信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程所產(chǎn)生的最終靶物質(zhì)的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于輸入信號(hào)所能達(dá)致水平的現(xiàn)象。這是由于輸入的信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)被逐級(jí)放大，并生成對(duì)靶物質(zhì)的產(chǎn)生起作用的酶或效應(yīng)物所造成的結(jié)果。常見于G蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路。信號(hào)的過度放大可能非常有害，因此細(xì)胞通過抑制性受體或誘餌受體等對(duì)其進(jìn)行控制。第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)胞應(yīng)答模式第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月JAK-STAT5信號(hào)通路JAK-STAT信號(hào)通路是近年來發(fā)現(xiàn)的一條由細(xì)胞因子刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學(xué)過程。與其它信號(hào)通路相比，這條信號(hào)通路的傳遞過程相對(duì)簡(jiǎn)單，它主要由三個(gè)成分組成，即酪氨酸激酶相關(guān)受體酪氨酸激酶JAK轉(zhuǎn)錄因子STAT。第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月①酪氨酸激酶相關(guān)受體（tyrosinekinaseassociatedreceptor）許多細(xì)胞因子和生長因子通過JAK-STAT信號(hào)通路來傳導(dǎo)信號(hào)，這些細(xì)胞因子和生長因子在細(xì)胞膜上有相應(yīng)的受體。這包括白介素2~7（IL-2~7）、GM-CSF（粒細(xì)胞/巨噬細(xì)胞集落刺激因子）、GH（生長激素）、EGF（表皮生長因子）、PDGF（血小板衍生因子）IFN（干擾素）等等。第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月共同點(diǎn)這些受體的共同特點(diǎn)是受體本身不具有激酶活性胞內(nèi)段具有酪氨酸激酶JAK的結(jié)合位點(diǎn)。受體與配體結(jié)合后，通過與之相結(jié)合的JAK的活化，來磷酸化各種靶蛋白的酪氨酸殘基以實(shí)現(xiàn)信號(hào)從胞外到胞內(nèi)的轉(zhuǎn)遞。第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月②酪氨酸激酶JAK（Januskinase）Janus在羅馬神話中是掌管開始和終結(jié)的兩面神。之所以稱為兩面神激酶，是因?yàn)镴AK既能磷酸化與其相結(jié)合的細(xì)胞因子受體，又能磷酸化多個(gè)含特定SH2結(jié)構(gòu)域的信號(hào)分子。第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月JAK蛋白家族共包括4個(gè)成員：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有7個(gè)JAK同源結(jié)構(gòu)域（JAKhomologydomain,JH），其中JH1結(jié)構(gòu)域?yàn)榧っ竻^(qū)、JH2結(jié)構(gòu)域是“假”激酶區(qū)、JH6和JH7是受體結(jié)合區(qū)域第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月③轉(zhuǎn)錄因子STAT（signaltransducerandactivatoroftranscription）STAT被稱為“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子”。顧名思義，STAT在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活上發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。目前已發(fā)現(xiàn)STAT家族的六個(gè)成員，即STAT1-STAT6。第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月STAT蛋白在結(jié)構(gòu)上可分為以下幾個(gè)功能區(qū)段：N-端保守序列、DNA結(jié)合區(qū)SH3結(jié)構(gòu)域、SH2結(jié)構(gòu)域C-端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。其中，序列上最保守和功能上最重要的區(qū)段是SH2結(jié)構(gòu)域，它具有與酪氨酸激酶Src的SH2結(jié)構(gòu)域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞因子與相應(yīng)的受體結(jié)合后引起受體分子的二聚化，這使得與受體偶聯(lián)的JAK激酶相互接近并通過交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受體上的酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化修飾，繼而這些磷酸化的酪氨酸位點(diǎn)與周圍的氨基酸序列形成“停泊位點(diǎn)”（dockingsite），同時(shí)含有SH2結(jié)構(gòu)域的STAT蛋白被招募到這個(gè)“停泊位點(diǎn)”。最后，激酶JAK催化結(jié)合在受體上的STAT蛋白發(fā)生磷酸化修飾，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月3)JAK-STAT信號(hào)通路與白血病JAK-STAT信號(hào)通路功能廣泛，目前許多研究都集中于免疫反應(yīng)與免疫調(diào)控。結(jié)合最新一期《癌細(xì)胞》（CancerCell）雜志刊登有關(guān)STAT5信號(hào)與白血病JMML的關(guān)系，下面我們將著重介紹JAKSTAT信號(hào)通路與白血病的發(fā)病機(jī)制。第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月白血病是造血組織的惡性疾病，又稱“血癌”，是我國最常見的惡性腫瘤之一。該病居年輕人所患惡性疾病中的首位。與正常的造血細(xì)胞相比，白血病細(xì)胞表現(xiàn)出截然相反的生物學(xué)特性。正常造血細(xì)胞在細(xì)胞因子的作用下不斷分化成熟，而白血病細(xì)胞則表現(xiàn)為分化過程受阻，進(jìn)而無限制地增殖，這提示細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的異常在白血病形成中起著重要的作用。第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月在白血病細(xì)胞中普遍存在著JAK-STAT信號(hào)通路的持續(xù)激活，因此，STAT蛋白也就成為重點(diǎn)檢測(cè)的指標(biāo)之一。STAT分子的過量表達(dá)往往出現(xiàn)在很多惡性增殖性疾病中，而造血系統(tǒng)的腫瘤（包括白血病和淋巴瘤）中STAT家族被活化的種類最多，例如STAT1、STAT3和STAT5就是白血病中最常見的持續(xù)激活的信號(hào)蛋白。第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月我們已經(jīng)在人體白血病細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了很多JAK基因的點(diǎn)突變，其中的一些點(diǎn)突變?cè)斐杉っ窲AK持續(xù)激活STAT蛋白。最典型的例子就是JAK2V617F突變（蛋白JAK2第617位的纈氨酸突變成苯丙氨酸）造成JAK-STAT信號(hào)通路的異常激活。第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月p53信號(hào)通路p53基因受多種信號(hào)因子的調(diào)控。例如：當(dāng)細(xì)胞中的DNA損傷或細(xì)胞增殖異常時(shí)，p53基因被激活，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯并啟動(dòng)DNA修復(fù)機(jī)制，使損傷的DNA得以修復(fù)第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月酵母雙雜交系統(tǒng)將待研究的兩種蛋白質(zhì)的基因分別克隆到酵母表達(dá)質(zhì)粒的轉(zhuǎn)錄激活因子(如GAL4等)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域基因和GAL4激活結(jié)構(gòu)域基因，構(gòu)建成融合表達(dá)載體，從表達(dá)產(chǎn)物分析兩種蛋白質(zhì)相互作用的系統(tǒng)。第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月雙雜交系統(tǒng)的建立得力于對(duì)真核生物調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始過程的認(rèn)識(shí)。細(xì)胞起始基因轉(zhuǎn)錄需要有反式轉(zhuǎn)錄激活因子的參與。80年代的工作表明,轉(zhuǎn)錄激活因子在結(jié)構(gòu)上是組件式的(modular),即這些因子往往由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域構(gòu)成,其中有DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNAbindingdomain,簡(jiǎn)稱為DB)和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(activationdomain,簡(jiǎn)稱為AD),它們是轉(zhuǎn)錄激活因子發(fā)揮功能所必需的。單獨(dú)的DB雖然能和啟動(dòng)子結(jié)合,但是不能激活轉(zhuǎn)錄。而不同轉(zhuǎn)錄激活因子的DB和AD形成的雜合蛋白仍然具有正常的激活轉(zhuǎn)錄的功能。第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月MDM2是一種特異性針對(duì)p53的泛素化E3連接酶，它可直接與p53蛋白結(jié)合來促進(jìn)p53蛋白的泛素化降解，并在細(xì)胞內(nèi)p53蛋白動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。MDM2本身也可被p53蛋白激活，因此MDM2是p53通路中重要的負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子（negativefeedbackregulator）第38頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月目前看來，在腫瘤形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控體系中，p53是最主要的因素。有人認(rèn)為p53是很好的腫瘤診斷標(biāo)志物，可以作為癌癥早期診斷的重要指標(biāo)。認(rèn)識(shí)到p53基因的重要作用后，全世界數(shù)以千計(jì)的分子生物學(xué)家正在拋開原來的課題轉(zhuǎn)而研究p53，希望以此作為攻克癌癥的突破口。科學(xué)家相信，利用p53基因發(fā)現(xiàn)并治療癌癥的前景非常廣闊。除了基因治療，研究人員正在篩選可以影響p53基因上下游調(diào)控的小分子化合物。羅氏制藥公司開發(fā)的一種名為nutlins的小分子化合物，能夠干擾p53和MDM2之間的調(diào)控關(guān)系，有望成為一種有效的抗癌藥物。第40頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月針對(duì)P53的治療其中美國IntrogenTherapeutics公司曾經(jīng)在1996年得到過非常好的臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果。直到2004年，使用腺病毒載體治療頭頸部腫瘤的p53基因療法才在中國獲得批準(zhǔn)，這也是迄今為止第一個(gè)獲批的能夠常規(guī)用于人體臨床治療的基因治療方法。但是我們?nèi)匀恍枰獣r(shí)間對(duì)這種療法做出最終的抉擇。眾多的患者和科學(xué)家也都在熱切期盼IntrogenTherapeutics公司開發(fā)的新型腺病毒p53基因治療產(chǎn)品Advexin的III期臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第41頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月腺病毒載體腺病毒載體轉(zhuǎn)基因效率高，體外實(shí)驗(yàn)通常接近100％的轉(zhuǎn)導(dǎo)效率；可轉(zhuǎn)導(dǎo)不同類型的人組織細(xì)胞，不受靶細(xì)胞是否為分裂細(xì)胞所限；容易制得高滴度病毒載體，在細(xì)胞培養(yǎng)物中重組病毒滴度可達(dá)（10E＋11）/ml；進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并不整合到宿主細(xì)胞基因組，僅瞬間表達(dá)，安全性高。因而，腺病毒載體在基因治療臨床試驗(yàn)方面有了越來越多的應(yīng)用，成為繼逆轉(zhuǎn)錄病毒載體之后廣泛應(yīng)用且最具前景的病毒載體。第42頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的腺病毒載體系統(tǒng)如：穿梭質(zhì)粒pCA13/腺病毒基因組質(zhì)粒pBHG11/包裝細(xì)胞293細(xì)胞。pCA13表達(dá)盒的插入使腺病毒E1基因缺失；pBHG11則保留了腺病毒基因組的絕大部分，但是缺失E1區(qū)及其他區(qū)域293細(xì)胞是整合有Ad5E1基因的人胚腎細(xì)胞系。pBHG11因?yàn)槿笔Оb信號(hào)及E1區(qū)而不能復(fù)制，pCA13帶有包裝信號(hào)及E1的側(cè)翼序列，但是缺失E1區(qū)及腺病毒絕大部分基因組，同樣不能復(fù)制。外源目的基因插入pCA13后，與pBHG11共轉(zhuǎn)染，進(jìn)入293細(xì)胞。pCA13與pBHG11在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生同源重組，同時(shí)，293細(xì)胞提供E1蛋白，從而包裝產(chǎn)生腺病毒顆粒。該病毒的蛋白質(zhì)外殼同野生型腺病毒相似，具有同樣的感染力進(jìn)入靶細(xì)胞的能力，但是基因