吉林省-《生物化學》電子教案-癌基因與抑癌基因(人衛(wèi)版)

PAGEPAGE2第十一章癌基因與抑癌基因【授課時間】3學時【目的要求】1．掌握癌基因、抑癌基因的定義，原癌基因激活的四大機制。2．熟悉原癌基因的四大特點和原癌基因的四大類產(chǎn)物。3．了解兩種抑癌基因Rb和P53的定位，結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物性質(zhì)及其作用機制?！窘虒W內(nèi)容】1．一般介紹：癌基因和抑癌基因2．一般介紹：癌基因和抑癌基因與腫瘤的發(fā)生【重點、難點】難點：癌基因和抑癌基因與腫瘤的發(fā)生【授課學時】3學時

第十一章癌基因與抑癌基因第一節(jié)癌基因和抑癌基因第二節(jié)癌基因和抑癌基因與腫瘤的發(fā)第一節(jié)癌基因和抑癌基因

時間40ˊ教學內(nèi)容一、癌基因癌基因(oncogene，onc)是細胞內(nèi)控制細胞生長的基因，具有潛在的誘導(dǎo)細胞惡性轉(zhuǎn)化的特性。在癌基因異常表達時，其產(chǎn)物可使細胞過度增生，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。癌基因的名稱一般用3個斜體小寫字母表示，如myc、ras、src等。癌基因包括病毒癌基因(virusoncogene，v-onc)和細胞癌基因(c-oncogene，c-onc)。（一）病毒癌基因病毒所攜帶的致轉(zhuǎn)化基因，稱為病毒癌基因。病毒癌基因通常以逆轉(zhuǎn)錄病毒株結(jié)合其所轉(zhuǎn)化的宿主細胞命名，如src癌基因。（二）細胞癌基因正常細胞內(nèi)存在與病毒癌基因同源的序列，這類基因在正常細胞基因組中，而且可以表達，故被稱為細胞癌基因。這類基因表達產(chǎn)物具有促進正常細胞生長、增殖、分化和發(fā)育等生理功能，如果發(fā)生突變或異常表達，常和腫瘤的發(fā)生有關(guān)。正常細胞內(nèi)未激活的癌基因稱原癌基因(proto-oncogene)，激活后能使細胞惡性轉(zhuǎn)化的稱癌基因。目前已發(fā)現(xiàn)的細胞原癌基因有近百種，但其中只有部分在病毒基因組中有同源序列。(三)癌基因的分類與功能癌基因必須通過其表達產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）來實現(xiàn)其生物學作用。細胞癌基因按照其功能不同分為4大類。細胞癌基因的分類及功能類別癌基因同源的細胞基因蛋白激酶類:跨膜生長因子受體erbB、EGF受體neu（her-2）EGF受體相似物fms、ros、retM-CSF受體膜結(jié)合酪氨酸蛋白激酶src族、abl可溶性酪氨酸蛋白激酶met、trk絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶raf、mos、cot非蛋白激酶受體mas血管緊張素受體信息傳遞蛋白類：H-ras、N-ras生長因子類：sisPDGF-2int-2FGF同類物核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子類：c-myc、N-myc轉(zhuǎn)錄因子fos、jun轉(zhuǎn)錄因子AP-1tcRT細胞抗原受體β鏈met、bcl、mymNF-κB相關(guān)蛋白二、抑癌基因（一）抑癌基因的概念抑癌基因又稱腫瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）或抗癌基因(anti-oncogene)，是指存在于正常細胞內(nèi)的一大類可抑制細胞生長并具有潛在抑癌作用的基因。抑癌基因在調(diào)控細胞增殖和分化方面與癌基因同等重要，這類基因缺失或其表達產(chǎn)物功能的喪失會促進細胞惡性生長，功能喪失后引起腫瘤發(fā)生的基因被稱之為抑癌基因。（二）常見的抑癌基因抑癌基因表達產(chǎn)物主要包括跨膜受體、胞質(zhì)調(diào)節(jié)因子或結(jié)構(gòu)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子、細胞周期因子、DNA損傷修復(fù)因子以及其它一些功能蛋白。已知的抑癌基因：常見的抑癌基因基因相關(guān)腫瘤作用p53多種腫瘤編碼P53蛋白，參與細胞周期調(diào)節(jié)、細胞凋亡Rb視網(wǎng)膜母細胞瘤、骨肉瘤、肺癌編碼P105RB蛋白（轉(zhuǎn)錄因子），參與細胞周期調(diào)節(jié)p16黑色素瘤編碼P16蛋白APC結(jié)腸癌編碼G蛋白，參與信號傳導(dǎo)DCC結(jié)腸癌編碼表面糖蛋白，與細胞凋亡有關(guān)NF1神經(jīng)纖維瘤、肉瘤、膠質(zhì)瘤GTP酶激活劑，使ras失活NF2神經(jīng)鞘膜瘤、腦膜瘤連接膜與細胞骨架備注第二節(jié)癌基因和抑癌基因與腫瘤的發(fā)生

時間45ˊ時間教學內(nèi)容一、癌基因惡性激活的機制原癌基因在受到物理、化學和生物等因素的作用后，其結(jié)構(gòu)或表達調(diào)控發(fā)生改變，使之激活才能具有致癌活性。通常原癌基因的激活途徑如下。（一）點突變原癌基因在編碼順序的特定位置上某一個核苷酸發(fā)生突變，使其表達的蛋白上相應(yīng)的一個氨基酸發(fā)生變化。這種改變時常發(fā)生在重要蛋白的關(guān)鍵部位，引起蛋白結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)呈持續(xù)性活化狀態(tài)，最終引起細胞表型的改變。多種腫瘤中均有ras的點突變，最典型的例子是ras家族的12、61位點。突變的Ras蛋白其GTP酶活性有缺陷，進而使Ras蛋白處于持續(xù)活化狀態(tài)，活化的Ras蛋白通過細胞的信號傳導(dǎo)，最終引起細胞的不斷增殖。（二）啟動子插入在某一原癌基因的5′上游區(qū)，插入啟動子，促使該原癌基因轉(zhuǎn)錄，從而使之激活。（三）增強子插入在某一原癌基因的上游或下游，插入具有增強子樣作用的序列，從而促使該原癌基因的表達。啟動子插入和增強子插入是病毒致癌的常見方式，統(tǒng)稱為插入突變。（四）甲基化程度降低DNA分子中的甲基化對于保持雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，阻抑基因的轉(zhuǎn)錄具有重要作用。某些原癌基因是由于甲基化程度降低而激活。（五）原癌基因的擴增拷貝數(shù)增加原癌基因的擴增指基因結(jié)構(gòu)本身正常，但因原癌基因拷貝數(shù)增加或表達活性的增強，導(dǎo)致表達過量的蛋白，而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。（六）基因易位或重排在腫瘤中原癌基因的易位是經(jīng)常出現(xiàn)的。染色體重排將原癌基因置于強轉(zhuǎn)錄活性的啟動子控制之下或增強子附近，引起原癌基因的高表達，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。二、癌基因激活與腫瘤的發(fā)生（一）ras基因變異與腫瘤發(fā)生點突變常見于ras基因，ras基因點突變導(dǎo)致Ras蛋白活性過高，成為許多腫瘤發(fā)生的重要原因。Ras在細胞增殖分化信號傳遞過程中發(fā)揮重要作用。Ras具有結(jié)合GDP和GTP兩種形式，當其結(jié)合GDP時為非活性狀態(tài)，結(jié)合GTP時為活性狀態(tài)，Ras活性調(diào)節(jié)蛋白可調(diào)節(jié)Ras結(jié)合GTP或GDP的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對Ras蛋白的活性調(diào)節(jié)；RasGTP酶活化蛋白（GTPase-activatedprotein，GAP）能增加Ras的GTP酶活性，加速Ras對GTP的水解，進而實現(xiàn)對Ras活性的負調(diào)節(jié)。ras基因的點突變主要是第12位或13位及61位氨基酸的改變。這種氨基酸的改變能影響RasGTP酶活化蛋白同Ras的作用，降低了Ras蛋白水解GTP為GDP的能力，進而使Ras處于持續(xù)的活化狀態(tài)，導(dǎo)致Ras蛋白與GTP的持續(xù)結(jié)合引起細胞的不斷增殖。（二）myc基因變異與腫瘤發(fā)生myc基因在細胞生長調(diào)控中具有重要的作用。Myc蛋白在細胞內(nèi)的功能形式是與Max的蛋白形成二聚體；Max具有較強的DNA結(jié)合能力，而Myc的N端具有轉(zhuǎn)錄活性區(qū)，Myc的過度表達可刺激相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄而有助于細胞的增殖及腫瘤的形成。（三）neu基因變異與腫瘤發(fā)生neu基因也稱為her-2或erbB-2基因，neu基因的蛋白與生長因子受體（如EGFR）同源，這類受體均屬蛋白酪氨酸激酶受體。生長因子受體作為癌基因蛋白能使細胞發(fā)生惡變，主要是由于其結(jié)構(gòu)異常而導(dǎo)致其功能失常所致。如neu基因編碼產(chǎn)物N-端生長因子結(jié)合區(qū)的缺失，表現(xiàn)為EGF受體酪氨酸激酶活性的持續(xù)活化，刺激細胞的增殖。（四）bcl-2基因與腫瘤發(fā)生bcl-2基因是從B細胞淋巴瘤中鑒定出來的癌基因，通過染色體易位而激活，易位涉及14q的免疫球蛋白重鏈基因及染色體18q的部分序列。這一易位使得bcl-2基因序列與Ig位點的強調(diào)控元件相結(jié)合，導(dǎo)致易位細胞中bcl-2基因表達失控。（五）mdm2基因mdm2基因高表達時呈現(xiàn)癌基因的功能，尤其值得注意的是Mdm2蛋白可與P53和RB蛋白相結(jié)合而使其功能失活，這是Mdm2蛋白促進癌細胞生長的重要機制之一。三、抑癌基因失活與腫瘤的發(fā)生抑癌基因在細胞分化、調(diào)節(jié)細胞生長、維持基因穩(wěn)定性等方面起著非常重要的作用，當抑癌基因表達異常時，可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。（一）Rb基因1．Rb基因Rb基因編碼一種DNA結(jié)合蛋白，可以調(diào)節(jié)某些控制增殖基因的轉(zhuǎn)錄，從而控制細胞的生長。2．RB的生物學功能RB蛋白的功能主要是通過抑制轉(zhuǎn)錄因子E2F阻抑細胞周期。E2F能活化DNA聚合酶、胸苷激酶、二氫葉酸還原酶等與DNA合成密切相關(guān)的重要酶類基因的轉(zhuǎn)錄，使細胞從G1期進入S期。3．Rb基因失活與腫瘤的發(fā)生Rb基因的異常主要表現(xiàn)為基因缺失和基因突變。Rb基因失去正常功能，則細胞不受Rb基因的負調(diào)控，使細胞表型發(fā)生變化，細胞周期被破壞，細胞生長失控導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。（二）p53基因1．p53基因p53基因有11個外顯子，全長16～20kb，轉(zhuǎn)錄2.8kb的mRNA，2．P53蛋白的生物學功能P53在細胞內(nèi)有多種功能，如抑制細胞增殖，誘導(dǎo)細胞凋亡等，這些功能在一定程度上依賴于P53作為轉(zhuǎn)錄因子的作用。3．p53基因失活與腫瘤的發(fā)生p53正常功能的喪失在一定程度上引起細胞周期的失控，導(dǎo)致細胞無限增殖，形成腫瘤。p53基因的突變形式可表現(xiàn)為點突變、缺失突變、移碼突變、基因重排等。（三）p16基因1．p16基因p16基因又稱為多腫瘤抑制基因(multipletumorsuppressorl，MTSl)。P16蛋白是細胞周期的直接抑制因子。2．P16蛋白的生物學功能P16蛋白既是細胞周期的有效調(diào)控者，又是抑制腫瘤細胞生長的關(guān)鍵因子。P16蛋白直接作用于CDK/cyclinD復(fù)合體，與其中的CDK4和CDK6競爭性結(jié)合，造成CDK4/cyclinD和CDK6/cyclinD復(fù)合體的解離，當P16與CDK4或CDK6結(jié)合后，抑制RB的磷酸化，使其不能與轉(zhuǎn)錄因子分離，轉(zhuǎn)錄因子失活，不能合成促進DNA合成的酶，細胞就不能實現(xiàn)G1期到S期的過渡，導(dǎo)致細胞周期阻滯，從而抑制細胞的生長分化。3．P16與RB的相互關(guān)系通常情況下，以去磷酸化形式存在的RB可抑制DNA合成，從而負調(diào)控細胞的生長，防止腫瘤的發(fā)生。P16通過與CDK4或CDK6結(jié)合，阻礙cyclinD與CDK4或CDK6形成復(fù)合物，造成CDK4/cyclinD或CDK6/cyclinD激酶失活，即可導(dǎo)致RB不被磷酸化，保持活性狀態(tài)，使細胞停滯于G1/S期，細胞增殖受阻。另一方面，失活或磷酸化的Rb基因可釋放與RB結(jié)合