癌生物學(xué)第五課p與凋亡

癌生物學(xué)第五課p與凋亡第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity一、p53的發(fā)現(xiàn)：P53與凋亡F9：胚胎腫瘤細(xì)胞SV40：多乳頭瘤病毒T：SV40轉(zhuǎn)化倉鼠血清N:普通倉鼠血清P53在兩種不同的轉(zhuǎn)化細(xì)胞中高表達(dá)（1979）1979年，研究人員發(fā)現(xiàn)突變型p53常見于腫瘤。1993年，該年被稱為“p53分子年”第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity二、p53是腫瘤抑制基因P53與凋亡編碼Ras癌蛋白的cDNA與7種不同形式的p53cDNA共轉(zhuǎn)染大鼠胚胎成纖維細(xì)胞第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity二、p53是腫瘤抑制基因P53與凋亡P53不能被簡(jiǎn)單認(rèn)為是正常發(fā)育中細(xì)胞增殖的普通負(fù)調(diào)節(jié)者，實(shí)際上p53更像是專門阻止非正常細(xì)胞的出現(xiàn)，尤其是那些有可能發(fā)展為腫瘤的細(xì)胞P53-/-小鼠胚胎發(fā)育和出生存活率不受影響，但在生命的相對(duì)早期死亡率相當(dāng)高，大部分死于腫瘤，如肉瘤和白血病P53+/-雜合小鼠大約在250天左右發(fā)生腫瘤P53+/+小鼠在500天中沒有出現(xiàn)死亡第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity二、p53是腫瘤抑制基因P53與凋亡至2002年，數(shù)據(jù)顯示在30-50%的人類腫瘤中都存在P53基因的突變實(shí)際上，在迄今所有人類腫瘤細(xì)胞基因組中，p53是發(fā)生突變頻率最高的P53等位基因在人類腫瘤細(xì)胞中突變的頻率第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity三、突變的p53影響正常p53的功能P53與凋亡多大多數(shù)與腫瘤相關(guān)的突變p53等位基因（75%）都在可讀區(qū)存在錯(cuò)義密碼子（導(dǎo)致氨基酸的改變），而不是無義密碼子（導(dǎo)致多肽鏈過早終止）第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity腫瘤細(xì)胞在p53蛋白發(fā)生輕微改變的情況下，比它完全缺失更獲益，如通過無義突變或直接刪除p53基因的重要部分而形成無效等位基因三、突變的p53影響正常p53的功能P53與凋亡人類腫瘤超過15000個(gè)p53的突變等位基因被測(cè)序，大多數(shù)是點(diǎn)突變。其中95.1%的突變影響著p53蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一p53基因雜合細(xì)胞中，15/16的蛋白質(zhì)都缺乏完整的正常功能突變的p53蛋白是如何促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的形成？三、突變的p53影響正常p53的功能P53與凋亡背景線索：1）有意義的突變使編碼的基因產(chǎn)物失活；2)這個(gè)突變使得突變等位基因能夠干擾或妨礙細(xì)胞中剩下的野生型拷貝的正?；钚裕ㄟ@種類型的等位基因被命名為差異顯性干擾或者顯性負(fù)等位基因）3）p53是一個(gè)核蛋白，以同源四聚體（4個(gè)相同的多肽亞基）的形式存在于細(xì)胞中推論：突變的p53等位基因可以有效地干擾在同一個(gè)細(xì)胞中表達(dá)的野生型p53等位基因。甚至只含有一個(gè)突變型的蛋白質(zhì)亞基都可能導(dǎo)致整個(gè)四聚體的功能受損第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity四、p53的半衰期短：P53與凋亡P53的核定位提示該蛋白可能作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子而起作用，第一種機(jī)制，p53蛋白水平的改變是主要的背景：目前已知的三種調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子活性的機(jī)制：1）調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子在核內(nèi)的水平2）轉(zhuǎn)錄因子在核內(nèi)的水平保持恒定，但其活性必須由一些共價(jià)修飾復(fù)制3）調(diào)控某個(gè)共同轉(zhuǎn)錄因子水平一種抑制蛋白質(zhì)合成的藥物：放線菌酮，能夠用來區(qū)分相對(duì)穩(wěn)定的蛋白（合成后能持續(xù)數(shù)十到數(shù)百小時(shí)）和代謝高度不穩(wěn)定的蛋白（一合成就被降解）。野生型p53蛋白的半衰期大約是20min，說明p53是高度不穩(wěn)定的蛋白。為什么細(xì)胞要浪費(fèi)能量和物質(zhì)來合成這么一個(gè)高度不穩(wěn)定的蛋白？生理信號(hào)刺激細(xì)胞增加或降低某種蛋白的水平，可以通過調(diào)控編碼mRNA水平或mRNA的翻譯速率來完成。但對(duì)于某個(gè)關(guān)鍵的蛋白更為迅速的調(diào)控可以通過增加或者降低其穩(wěn)定性來完成。如p53蛋白濃度可以通過抑制降解使其在20min內(nèi)加倍第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity五、誘導(dǎo)p53的信號(hào)P53與凋亡細(xì)胞中存在很多負(fù)責(zé)監(jiān)控細(xì)胞系統(tǒng)完整及功能的傳感器，當(dāng)檢測(cè)到損傷或異常時(shí)，將信號(hào)傳遞給p53及其調(diào)節(jié)器，導(dǎo)致細(xì)胞p53水平快速升高不可逆可逆第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity五、誘導(dǎo)p53的信號(hào)P53與凋亡X線照射后，，p53、p21Cip1蛋白水平升高，從而抑制CDK導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯，但在p53突變的細(xì)胞中則不發(fā)生。因此，攜帶突變p53等位基因的細(xì)胞與野生型細(xì)胞相比，同時(shí)暴露于應(yīng)激原時(shí)，進(jìn)入細(xì)胞阻滯或者凋亡的傾向明顯要小第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity五、誘導(dǎo)p53的信號(hào)P53與凋亡小結(jié)P53持續(xù)接受多種監(jiān)控系統(tǒng)傳出的信號(hào)；如果p53接受到特殊的警告信號(hào)，它將阻止細(xì)胞的增殖或者啟動(dòng)凋亡程序P53的抑制細(xì)胞生長和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的功能，對(duì)于向惡性生長期進(jìn)展的初期腫瘤細(xì)胞是一個(gè)主要威脅應(yīng)激、DNA損傷、信號(hào)通路失調(diào)是腫瘤各個(gè)時(shí)期都會(huì)經(jīng)歷到，因此一個(gè)完整的p53警告系統(tǒng)對(duì)腫瘤構(gòu)成威脅大多數(shù)或者可能所有的人類腫瘤細(xì)胞的p53警報(bào)系統(tǒng)必須部分或全部失活沒有完整的p53，腫瘤細(xì)胞可以忍受缺氧、DNA損傷及生長調(diào)控通路的失調(diào)正常細(xì)胞則需要避免p53過度激活第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity六、DNA損傷及失調(diào)的生長信號(hào)導(dǎo)致p53穩(wěn)定P53與凋亡損失或信號(hào)失衡，監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)送報(bào)警信號(hào)給p53，有三個(gè)研究較清楚的監(jiān)控系統(tǒng)：1）對(duì)染色體DNA雙鏈斷裂應(yīng)答：基因組中任何一個(gè)位置的雙鏈斷裂都足夠引起p53水平的上調(diào)，只是不清楚那種蛋白檢測(cè)到了斷裂，但知將信號(hào)傳遞給p53的是ATM激酶（和ATR激酶），使p53磷酸化而不被降解。2）對(duì)DNA損傷因子的應(yīng)答：包括某些化療藥物、紫外線照射及某些蛋白激酶抑制劑。ATR激酶將信號(hào)傳遞給酪蛋白激酶（CKII），后者磷酸化p533）異常的生長信號(hào)，特別是pRb-E2F控制的細(xì)胞周期發(fā)生紊亂0第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity七、Mdm2和ARF為p53的命運(yùn)而戰(zhàn)P53與凋亡Mdm2最初在鼠肉瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，由細(xì)胞染色體中的雙微體（double-minutechromosome）編碼。在許多人類肺癌中，Mdm2都是過表達(dá)

P53蛋白是由泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解

正常情況下，p53的降解由Mdm2(小鼠）和HdmI（人）的蛋白調(diào)控，介導(dǎo)泛素與p53連接并將p53從核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)的蛋白酶體中Mdm2連續(xù)而高效的運(yùn)作保證了p53在正常未受刺激細(xì)胞中20min的半衰期

細(xì)胞遭遇某些類型刺激或者損傷，p53通過磷酸化來免除Mdm2對(duì)它的降解，Mdm2不能與磷酸化的p53結(jié)合，不能使其泛素化Mdm2和p53生死相連第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity七、Mdm2和ARF為p53的命運(yùn)而戰(zhàn)P53與凋亡ARF：Mdm2的拮抗物，p53敵人的敵人，是重要的抑制腫瘤的基因在小鼠為p19ARF（p16INK4A),在人為p14ARF，后被命名為ARE基因ARF與Mdm2結(jié)合并抑制其功能，快速誘導(dǎo)p53的上調(diào)在多種保留著野生型的p53拷貝的人類腫瘤中，通過失活兩個(gè)編碼ARE的基因拷貝來去除p53的功能多種激酶控制p53水平第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity七、Mdm2和ARF為p53的命運(yùn)而戰(zhàn)P53與凋亡ARF與p53的同盟第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity八、ARF和p53介導(dǎo)的凋亡通過監(jiān)控胞內(nèi)信號(hào)來監(jiān)控腫瘤P53與凋亡第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity九、p53:基因組的忠實(shí)守護(hù)者P53與凋亡p53作為轉(zhuǎn)錄因子來阻斷DNA損傷后細(xì)胞周期進(jìn)程以及參與修復(fù)過程，p53蛋白有一個(gè)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域p53四聚體還需要經(jīng)過復(fù)雜的共價(jià)修飾（C端），包括乙?；⑻腔?、磷酸化、核糖基化和sumo化突變的p53基因?qū)е聀53蛋白喪失轉(zhuǎn)錄激活能力，最直接的就是不能誘導(dǎo)Mdm2的轉(zhuǎn)錄及合成，使p53逃脫降解并累積染色體DNA受損傷后，P53蛋白通過阻止細(xì)胞周期的進(jìn)程和DNA的復(fù)制、誘導(dǎo)表達(dá)DNA修復(fù)酶，減少細(xì)胞基因組中突變累積的比率P53的突變或缺失，可導(dǎo)致基因組中錯(cuò)誤的積累第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversityP53靶基因舉例P53與凋亡基因類型基因名稱基因產(chǎn)物功能P53拮抗基因MDM2/HDM2誘導(dǎo)p53的泛素化生長阻滯基因p21CiplCDK抑制劑、DNA聚合酶Siah-1Beta-catenin降解14-3-3將cyclinB-CDC2束縛于胞質(zhì)中ReprimoG2期阻滯DNA修復(fù)基因p53R2核苷酸還原酶-DNA前體的合成XPE/DDB2GlobalNERXPCGlobalNERXPGGlobalNER,TCRGADD45GlobalNER?DNApolk易出錯(cuò)的DNA聚合酶第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一P53靶基因舉例NanjingUniversity凋亡調(diào)節(jié)子BAX線粒體孔蛋白PUMABH3線粒體孔蛋白NOXABH3線粒體孔蛋白p53AIP1去除線粒體膜電位KillerlDR5細(xì)胞表面死亡受體PIDD死亡結(jié)構(gòu)域蛋白PERP促凋亡轉(zhuǎn)膜蛋白APAF1Caspase-9的激活子NF-kB轉(zhuǎn)錄因子參與TNF信號(hào)通路FaslAPO1死亡受體PIG3線粒體氧化/還原調(diào)控PTEN降低抗凋亡的PIP3水平Bcl-2（抑制）其表達(dá)IGF-1R（抑制）其表達(dá)IGFBP-3IGF-1拮抗抗蛋白TSP-1(thrombospondin)血管生成拮抗劑第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一十、p53引起的程序性凋亡P53與凋亡半胱氨酸天冬氨酸酶剪切細(xì)胞骨架蛋白：肌動(dòng)蛋白、網(wǎng)格蛋白、彈性蛋白、凝溶膠蛋白使細(xì)胞骨架塌陷半胱天冬酶剪切核膜內(nèi)表面的纖層蛋白，導(dǎo)致染色質(zhì)凝集和核固縮半胱天冬酶活化并剪切脫氧核糖核酸酶的抑制劑（ICAD）最終導(dǎo)致DNA降解自然死亡小體第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一十、p53引起的程序性凋亡P53與凋亡第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一十、p53引起的程序性凋亡P53與凋亡第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一問題：p53是如何在抑制細(xì)胞生長、阻礙細(xì)胞周期進(jìn)程和激活細(xì)胞程序性凋亡之間進(jìn)行選擇的？P53與凋亡第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一十、p53引起的程序性凋亡P53與凋亡p53引起的凋亡常限于非常規(guī)的，即威脅到細(xì)胞及組織的緊急情況。如腫瘤的發(fā)生，p53啟動(dòng)的凋亡是生物體清除有潛在成瘤能力細(xì)胞的一種方法第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十一、p53的失活對(duì)初始癌細(xì)胞在腫瘤進(jìn)行發(fā)展的多個(gè)階段起著重要的作用P53與凋亡腫瘤形成的早期階段，癌基因常通過不同形式的突變活化，容易引起p53誘導(dǎo)的凋亡。因此，具有這樣一個(gè)癌基因的細(xì)胞如果減弱了p53的功能，就能具備更強(qiáng)的生長優(yōu)勢(shì)第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡P53僅僅是引起程序性死亡的作用者之一，凋亡還可以不依賴于p53，如失巢凋亡。Caspase3陽性細(xì)胞（失巢）附著于整聯(lián)蛋白的存活乳腺細(xì)胞（顯示胞核）第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡bcl-2(B-celllymphomagene-2),是最早知道的調(diào)節(jié)凋亡基因。bcl-2

能夠延長本來會(huì)迅速死亡細(xì)胞的壽命。myc癌基因，單獨(dú)作用時(shí)能有效促進(jìn)細(xì)胞分裂，但其生長能力卻被它的死亡誘導(dǎo)能力減弱，若bcl-2和myc同時(shí)作用，能使細(xì)胞具有更強(qiáng)的惡性行為myc的死亡誘導(dǎo)作用能被p53基因的失活而中和不同轉(zhuǎn)基因小鼠死于淋巴瘤的時(shí)間第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡Bcl-2癌蛋白在胞內(nèi)發(fā)揮作用的場(chǎng)所是線粒體外膜，調(diào)控線粒體介導(dǎo)的凋亡。細(xì)胞色素C位于線粒體外膜和內(nèi)膜之間，起著傳遞電子的作用。一旦凋亡信號(hào)開始，細(xì)胞色素C會(huì)脫離線粒體進(jìn)入胞質(zhì)，并聯(lián)合其它蛋白啟動(dòng)凋亡級(jí)聯(lián)事件第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡細(xì)胞色素C位于線粒體外膜和內(nèi)膜之間，起著傳遞電子的作用。一旦凋亡信號(hào)開始，細(xì)胞色素C會(huì)脫離線粒體進(jìn)入胞質(zhì)，并聯(lián)合其它蛋白啟動(dòng)凋亡級(jí)聯(lián)事件A起始時(shí)，細(xì)胞色素C與線粒體分布一致B-D當(dāng)?shù)蛲鲞M(jìn)展時(shí)，細(xì)胞色素C從線粒體釋放，在胞漿中的染色變得均勻，同時(shí)胞核出現(xiàn)與凋亡相一致的斷裂第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡Bcl-2家族成員：右圖BH3-only蛋白活性可以通過：轉(zhuǎn)錄、胞內(nèi)定位、蛋白水解切割或磷酸化調(diào)節(jié)跨膜錨定區(qū)Bax家族成員常以無活性的方式存在于線粒體外膜或細(xì)胞漿中；BH3-only家族的無活性成員只存在于細(xì)胞質(zhì)。它們都被促凋亡信號(hào)活化或易位至線粒體中第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡Bcl-2家族成員間的調(diào)節(jié)抑制Bcl-XL的功能第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一NanjingUniversity十二、凋亡是一個(gè)依賴線粒體的復(fù)雜過程P53與凋亡Bax（不可見）/Bak（黑色顆粒）在線粒體外膜上的聚集，導(dǎo)致線粒體斷裂，細(xì)胞色素C的釋放第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一P53