分子生物學(xué)-疾病與人類(lèi)健康.ppt

1、疾病與人類(lèi)的健康有關(guān)，現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為疾病的發(fā)生本質(zhì)上直接或間接與基因有關(guān)。 因此，從某種意義上說(shuō)，人類(lèi)的疾病都是“基因病”。古典的單基因病：某個(gè)單基因部位發(fā)生了缺陷等位基因。 多基因病：多個(gè)基因與調(diào)控這些基因表達(dá)的環(huán)境因子的相互作用。 獲得性基因病：病原微生物感染引起的感染是病原微生物基因組與人基因組相互作用的結(jié)果，與基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式變化相關(guān)，腫瘤(tumor/neoplasm):是未經(jīng)正常生長(zhǎng)調(diào)控而繁殖的細(xì)胞群。 良性腫瘤：生長(zhǎng)局限于自己的正常位置，不感染周?chē)M織和其他器官。 惡性腫瘤(癌): 具有感染性和轉(zhuǎn)移性，可感染、破壞鄰近的正常組織，并隨循環(huán)系統(tǒng)散布于更遠(yuǎn)的組織。 癌癥的發(fā)生率隨著年

2、齡的增長(zhǎng)而急劇上升。 人的年齡在40-80之間，癌癥的發(fā)生呈指數(shù)增加，表明癌癥的發(fā)生是一系列獨(dú)立事件的綜合結(jié)果。 體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞和轉(zhuǎn)化細(xì)胞不同2種癌基因原癌基因的表達(dá)調(diào)控原癌基因產(chǎn)物及其分類(lèi)抑癌基因產(chǎn)物對(duì)原癌基因的調(diào)控，永生化(immortalization):是細(xì)胞無(wú)限增殖的特性轉(zhuǎn)化(transformation ) :是包含一系列變化、能夠使永生細(xì)胞不受生長(zhǎng)約束的腫瘤細(xì)胞是永生化、轉(zhuǎn)化的細(xì)胞，對(duì)血清生長(zhǎng)因子的需求不同，腫瘤細(xì)胞對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子的依賴(lài)性減少，一些腫瘤細(xì)胞在沒(méi)有正常細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的外源因子的情況下繁殖，有時(shí)腫瘤細(xì)胞自身產(chǎn)生生生長(zhǎng)因子驅(qū)動(dòng)自我繁殖體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞對(duì)血清生長(zhǎng)因子

3、的需求很高，體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞與轉(zhuǎn)化細(xì)胞的差異，正常細(xì)胞的表達(dá)密度依賴(lài)型，即正常細(xì)胞培養(yǎng)物維持在一定水平的血清生長(zhǎng)因子，繁殖到一定的細(xì)胞密度就停止生長(zhǎng)。 如果降低細(xì)胞密度繼續(xù)培養(yǎng)，細(xì)胞就會(huì)恢復(fù)繁殖。 轉(zhuǎn)化細(xì)胞繼續(xù)繁殖到更高的細(xì)胞密度。 細(xì)胞密度、錨定依賴(lài)性、正常細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)必須附著于固體基質(zhì)如培養(yǎng)盤(pán)表面才能生長(zhǎng)。 腫瘤細(xì)胞可浮游生長(zhǎng)而不附著于表面，這種特性稱(chēng)為錨定不依賴(lài)性(ancherage independence )。 增殖生命周期、正常細(xì)胞體外繁殖能力有限，分裂一定次數(shù)后停止生長(zhǎng)死亡。 轉(zhuǎn)化細(xì)胞可以繼續(xù)生長(zhǎng)，這種永久培養(yǎng)物被稱(chēng)為“建立、持續(xù)或無(wú)限增殖細(xì)胞系”。 抑制移動(dòng)的接觸，正常細(xì)胞

4、沿培養(yǎng)盤(pán)表面移動(dòng)，但與附近細(xì)胞接觸后停止移動(dòng)。 轉(zhuǎn)化細(xì)胞不表現(xiàn)出這種轉(zhuǎn)移的接觸抑制。normalfibroblastsgrowasalayerofflat、spread-out cells、whereastransformedfibroblastsareroundedupandgrowincellmasses.thecultu thoseontherightcontaintransformedcells .2種癌基因、細(xì)胞癌基因(cell oncogene，c-onc )病毒癌基因(virus oncogene，v-oncogene在正常細(xì)胞中是這些基因因?yàn)橹挥性诩?xì)胞癌變時(shí)才有活性，所以原癌基

5、因原癌基因不活性化時(shí)，可以促進(jìn)正常細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、分化、發(fā)育等，屬于“看守基因”的活性化則變成細(xì)胞癌基因，可以將正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化成腫瘤細(xì)胞。 (原癌基因由于放射線和化學(xué)致癌物質(zhì)等外在因素，在數(shù)量和構(gòu)造上發(fā)生微小的變化。 病毒癌基因(virus oncogene，v-onc )病毒所具有的轉(zhuǎn)化因子，編碼這些基因的主要是DNA病毒和RNA病毒。DNA病毒RNA病毒、乙肝病毒(HBV )、乳頭瘤病毒(papillomaviruses )、腺病毒(adenoviruses )病毒(simian virus 40) SV40 ) 痘病毒(poxviruses )、DNA病毒、Rous于1911年首先發(fā)現(xiàn)和

6、研究了雞肉瘤病毒(后來(lái)稱(chēng)勞斯肉瘤病毒Rous sarcoma virus，RSV )，RNA病毒-逆轉(zhuǎn)錄病毒，該RNA是病毒DNA根據(jù)RNase分解RNA，以此DNA為模板，利用DNA聚合酶指導(dǎo)第二條DNA鏈的合成。 雙鏈DNA嵌入宿主細(xì)胞的基因組中。 合并的逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA分子稱(chēng)為原病毒。 retroviruses (HIV ) budfromtheplasmamembraneofaninfectedcell.photographkindlyprovidedbymatthewgonda .Gag: Env :病毒外膜糖蛋白Gag:病毒外包蛋白基因Pol:逆轉(zhuǎn)錄酶和整合素基因env基因、病毒外

7、膜糖蛋白基因、hivthehumanimmunodeficiencyvirus (人免疫缺陷病毒)、 核苷酸型逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑誘發(fā)人獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immuno-deficiency syndrome )非核苷酸型逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，RNA逆轉(zhuǎn)錄瘤病毒是急性轉(zhuǎn)化型acute非急性轉(zhuǎn)化型non defective ve 非急性轉(zhuǎn)化型Nondefective virus在癌基因依賴(lài)LTR中不具有強(qiáng)啟動(dòng)子作用原癌基因，誘發(fā)癌化感染后長(zhǎng)時(shí)間病毒開(kāi)始發(fā)生腫瘤的病毒的腫瘤性不依賴(lài)于該癌基因，可以激活細(xì)胞內(nèi)原癌基因的表達(dá)，急性轉(zhuǎn)化型AAS 這種病毒感染動(dòng)物后，短時(shí)間內(nèi)實(shí)體腫瘤和白血腫攜帶的

8、癌基因位于病毒基因組內(nèi)部，基因組的3個(gè)端部，而沒(méi)有插入結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部的具有體外形質(zhì)轉(zhuǎn)換細(xì)胞的能力缺陷型逆轉(zhuǎn)錄病毒輔助病毒的存在表達(dá)為復(fù)制。transformingretroviruscarriesacopyofacellularsequenceinplaceofsomeofitsowngene (s )，急性轉(zhuǎn)換型： replication-defeed反轉(zhuǎn)錄病毒基因組中包含的o 這些動(dòng)物和人原癌基因被病毒修飾改造，成為病毒基因組的一部分，具有致癌性。 細(xì)胞原癌基因大多為斷裂基因，具有插入序列，而病毒致癌基因往往是未斷裂的完整編碼框架。 實(shí)驗(yàn)證明，斷裂基因、不完全斷裂的可讀框架、癌基因產(chǎn)物的協(xié)同

9、作用，在細(xì)胞周期中G1期對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控具有重要意義，由于此時(shí)相存在“生長(zhǎng)調(diào)控點(diǎn)”，在正常情況下，細(xì)胞通過(guò)對(duì)信號(hào)的響應(yīng)，發(fā)揮生長(zhǎng)調(diào)控點(diǎn)的調(diào)節(jié)作用，使細(xì)胞通過(guò)， 向s進(jìn)化的cmyc的表達(dá)有可能使細(xì)胞通過(guò)“生長(zhǎng)調(diào)控點(diǎn)”獲得潛能，而c-ras的表達(dá)增強(qiáng)了cmyc的這種作用潛能，兩者的協(xié)同作用似乎使細(xì)胞向s期過(guò)剩成為可能。 即c-myc和c-ras表達(dá)的協(xié)同作用是細(xì)胞分裂的必要步驟。 用ras和myc同時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞，可以長(zhǎng)期增殖細(xì)胞，但不能轉(zhuǎn)化成癌細(xì)胞，也不能在裸鼠體內(nèi)形成腫瘤。 然而，如果在ras myc中同時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞，細(xì)胞就會(huì)轉(zhuǎn)化成癌細(xì)胞。 說(shuō)明：致癌需要至少兩種以上的onc協(xié)同作用，兩種onc通過(guò)

10、兩個(gè)途徑工作，細(xì)胞增殖調(diào)控是多因素，因此影響多階段的結(jié)果。 另一方面，由于影響增殖分化的onc達(dá)數(shù)十種，因此癌的發(fā)生多階段多階段，定量模型： vonc的表達(dá)失去控制，導(dǎo)致基因的過(guò)度表達(dá)，過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致腫瘤形成。 例如，mos、sis、myc等。或它們的表達(dá)不閉合的定性模型： v-onc蛋白產(chǎn)物性質(zhì)的變化。 蛋白質(zhì)的局部化和感受性等更加致癌性。 這些新性狀對(duì)細(xì)胞有毀滅性的影響，v-onc為什么是致癌性的呢？ 原癌基因是參與細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞增殖的正常基因，是維持機(jī)體正常生命活動(dòng)所必需的，具有進(jìn)化上的高保守性。 正常細(xì)胞中通常以單拷貝的形式存在，只有低水平的表達(dá)，或完全不表達(dá)。 原癌基因的結(jié)構(gòu)通常引起點(diǎn)突變

11、或插入、重排、缺失及擴(kuò)增等，使其轉(zhuǎn)錄活性發(fā)生改變。 原癌基因的表達(dá)調(diào)控、堿基缺失或單堿基突變、基因擴(kuò)增、染色體重排、蛋白質(zhì)活性大大提高，蛋白質(zhì)不變化，但總量大大提高，例如，在Ha-ras原癌基因的第二外顯子中，p21第61個(gè)Gln位于Leu 因此，在p21分子的一部分部位，產(chǎn)生能夠引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的單一氨基酸替代物，使細(xì)胞得到轉(zhuǎn)化活性。 點(diǎn)突變，Ras-GDP為惰性狀態(tài)，Ras-GTP為活性狀態(tài)，作用于其靶分子。 GTP activating protein，促進(jìn)GTP的水解制成GDP。 g交換因子、GEF、促進(jìn)Ras用GDP交換的GTP癌基因vRas編碼的Ras對(duì)Ras-GAP不起作用。

12、由此，Ras永遠(yuǎn)處于激活狀態(tài)，連續(xù)刺激靶分子，相當(dāng)一部分基因永久表達(dá)。 這是癌癥發(fā)生的機(jī)理之一。 GTP結(jié)合蛋白類(lèi)ras、LTR(long terminal repeat ) :逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組兩端的長(zhǎng)末端重復(fù)序列，其結(jié)構(gòu)中含有強(qiáng)啟動(dòng)子序列。 LTR插入原癌基因的啟動(dòng)子區(qū)或鄰近部位，可根本改變基因的正常調(diào)控規(guī)律。 另外，LTR插入、c-myc的編碼順序不變，僅僅失去了正常的病毒控制。 導(dǎo)致表達(dá)量的增加而致癌。 許多類(lèi)型的人腫瘤存在染色體數(shù)量和結(jié)構(gòu)異?，F(xiàn)象，表明原癌基因重排的可能性。 原癌基因之間，或者原癌基因和非原癌基因之間的重排。 在基因重排、Burkitt淋巴瘤中，c-myc位于8q24

13、IgH，14q32 Ig位于22q12 Ig，2q11 c-myc在從其上游區(qū)到第二外顯子的區(qū)域內(nèi)斷裂，轉(zhuǎn)位到IgH、Ig或Ig部位， 大量表達(dá)Ig基因和本來(lái)不表達(dá)c-myc的c-myc基因，在正常人細(xì)胞中，非受體酪氨酸激酶基因abl位于第9號(hào)染色體上，表達(dá)量極低，不誘發(fā)癌變。 在慢性骨髓瘤患者細(xì)胞中，該基因轉(zhuǎn)移到第22號(hào)染色體，與bcr基因融合，表達(dá)量大幅提高。 很多原癌基因5上游存在負(fù)調(diào)控序列，如果該序列缺失或突變，將喪失抑制基因表達(dá)的能力，基因缺失，部分原癌基因5上游存在負(fù)調(diào)控序列，該序列缺失或突變將喪失抑制癌基因表達(dá)的能力。 Brukitt淋巴瘤中的c-myc因負(fù)調(diào)控序列的缺失或LTR

14、插入而增強(qiáng)表達(dá)。 增加每個(gè)細(xì)胞的基因拷貝數(shù)，直接增加可利用的轉(zhuǎn)錄模板數(shù)，增加基因表達(dá)。 基因擴(kuò)增在正常細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要很多相關(guān)蛋白質(zhì)，通過(guò)基因擴(kuò)增方式有增加表達(dá)量的效果。 在腫瘤細(xì)胞中，DNA擴(kuò)增的發(fā)生頻率至少比正常細(xì)胞高一千倍。 癌基因通常是腫瘤細(xì)胞中DNA擴(kuò)增的靶點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明在各種人腫瘤中發(fā)現(xiàn)了十多種癌基因擴(kuò)增。 其機(jī)制是原癌基因擴(kuò)增后的過(guò)度表達(dá)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)雖然沒(méi)有改變，但總量有很大提高，基因相互作用和癌基因表達(dá)，(1)染色體序列對(duì)原癌基因表達(dá)的影響基因表達(dá)不僅取決于基因本身及其鄰近區(qū)域的一級(jí)結(jié)構(gòu)，還取決于其空間序列即染色體上基因的空間序列和染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 如果兩個(gè)基因過(guò)于接近，往往

15、難以形成有利于高效轉(zhuǎn)錄的空間結(jié)構(gòu)。 基因區(qū)：基因與基因之間的間距基因區(qū)效應(yīng)：如果同一DNA鏈上具有相同轉(zhuǎn)錄方向的2個(gè)基因間隔小于一定長(zhǎng)度，則會(huì)影響高效轉(zhuǎn)錄所需的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致這2個(gè)基因中的一個(gè)或兩個(gè)無(wú)法轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄活性顯著下降。 原癌基因產(chǎn)物及其分類(lèi)、原癌基因產(chǎn)物的共同特征：可誘發(fā)一系列與細(xì)胞生長(zhǎng)分化相關(guān)的基因表達(dá)，改變細(xì)胞的表型。 根據(jù)細(xì)胞中的位置不同，與膜結(jié)合的蛋白(erb B、neu、fms、src基因產(chǎn)物)可溶性蛋白(mos、sis、fps基因產(chǎn)物)核蛋白(myc、ets、jun， 根據(jù)這些蛋白質(zhì)分為myb基因三類(lèi)的功能：生長(zhǎng)因子類(lèi)生長(zhǎng)因子受體類(lèi)GTP結(jié)合蛋白質(zhì)激酶類(lèi)核蛋白質(zhì)類(lèi)功

16、能未知類(lèi)、癌基因編碼信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的蛋白質(zhì)、(2)原癌基因最終產(chǎn)物對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控， 某原癌基因產(chǎn)物對(duì)其他原癌基因表達(dá)的調(diào)控作用對(duì)某種原癌基因產(chǎn)物自我表達(dá)的反饋調(diào)控作用，癌基因產(chǎn)物通過(guò)介質(zhì)傳遞生長(zhǎng)刺激信號(hào)的部位有3處，癌基因產(chǎn)物模擬結(jié)合配體的生長(zhǎng)因子受體， 無(wú)外源生長(zhǎng)因子時(shí)提供促進(jìn)細(xì)胞分裂信號(hào)的癌基因產(chǎn)物作用于細(xì)胞內(nèi)的生長(zhǎng)調(diào)控途徑，消除該途徑對(duì)外源刺激信號(hào)的需求，生長(zhǎng)因子類(lèi)sis、sis過(guò)度表達(dá)基因調(diào)控元件突變，細(xì)胞大量合成， 癌基因產(chǎn)物通過(guò)介質(zhì)傳遞生長(zhǎng)刺激信號(hào)的部位有3個(gè)：癌基因產(chǎn)物本身模擬生長(zhǎng)因子，并通過(guò)與其相應(yīng)的受體作用自身分泌刺激細(xì)胞的生長(zhǎng)。 癌基因產(chǎn)物模擬結(jié)合配體的生長(zhǎng)因子受體，無(wú)外源生長(zhǎng)因子時(shí)提供促進(jìn)細(xì)胞分裂