癌基因与抑癌基因

癌变过程相关的概念
永生化(Immortalization): 细胞从增殖衰老危机中逃离而具
无限增殖能力的过程。
特征：无致瘤性、接触抑制、生长因子依赖、锚定依赖生长
转化(Transformation ): 细胞获得致瘤能力的过程。
特征：
失去接触抑制 锚定非依赖生长 致瘤性
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主要内容
1. 癌基因与抑癌基因的概念 2. 癌基因的发现与鉴定 3. 抑癌基因存在的证据 4. 原癌基因激活与抑癌基因失活的机制 5. 癌基因与抑癌基因的分类及功能
1963年：Dulbeco发现正常细胞感染RSV可恶变为癌细 胞----病毒的体外转化 保持转化需要RSV的持续存在
tsRSV：温度敏感型的RSV突变 株，37℃培养时能转化细胞， 41 ℃时不能
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癌基因的发现 —— 病毒癌基因
1969年： Huebner 和Todaro提出病毒癌基因假说，确 定转化的物质基础是病毒癌基因。
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癌基因的发现 —— Ras
1979年： Weinberg实验室通过转染提出小鼠基因组中 含有可使NIH3T3发生转化的DNA片段。
突变理论与化学致癌学说
3-MC 3-甲基胆蒽
DNA
C3H10T1/2
鼠成纤维细胞
NIH3T3
转化灶
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癌基因的发现 —— Ras
1982年：三个实验室同时从人的膀胱癌细胞株中克 隆了可使细胞发生转化的基因：H-Ras
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遗传性肿瘤的研究
肾母细胞瘤（ Wilms瘤，WT)
婴幼儿肾脏恶性胚胎性肿瘤 ，患者腹部有肿块。
3/4的肿瘤发生在4岁以前，90%在20岁前发生。
可分为遗传型和非遗传型。
遗传性（家族性） AD遗传 双侧 早发
非遗传性（散发型） 散发 单侧 晚发
肿瘤组织中WT基因纯合缺失，正常组织则为杂合子。 Wilms瘤发生机理可能与视网膜母细胞瘤相同。
恶性肿瘤的发生需经两次以上的突变;
遗传性病例中，第一次突变发生于生殖细胞，使一个等 位基因失去活性。在此基础上发生的第二次突变是体细 胞突变，另一个等位基因也失活;
两次突变累加，即可完成启动（initiation)，而从良性 细胞变成恶性细胞。
因此，遗传型病例常为双侧或多发源自发病较早。第一次 打击第二次 打击
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癌基因(oncogene): 使细胞发生恶性转化的基因。 原癌基因(proto-oncogene): 是细胞的正常基因, 调节细胞增殖与分化，表达受到严格控制。原癌 基因具有激活成为癌基因的潜力。
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病毒癌基因(virus oncogene, v-onc)
存在于病毒（大多数是逆转录病毒）基因组，可以使靶
二次打击假说解释RB的发病机制
RB属常染色体隐性遗传 RB1（13q14）的两个等位基因都发生突变，才会发病
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RB1
RB1长200kb，共含27个exons， mRNA长 4.7kb， 编码蛋白含928个氨基酸, 具有多个磷酸化位点
E2F结合区
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Rb对细胞周期的调控作用
Growth factors
细胞发生恶性转化的基因；
不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用。
长末端 重复序列
病毒基因组结构
正常的病毒基因
癌基因
LTR gag
pol
env src LTR
调节和 产生病毒 产生逆转录 产生病毒 产生酪氨酸
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启动转录 核心蛋白 酶和整合酶 外膜蛋白
激酶
病毒癌基因
主要致癌机制：
直接引起细胞转化 持续感染 → →慢性炎症 → →细胞增殖 → →突 变积累 → →癌变 感染引起免疫抑制，宿主免疫系统对发生转化 细胞的识别能力降低。
在正常染色体上存在有抑制细胞恶性表型
或阻止肿瘤形成的基因。
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遗传性肿瘤的研究
视网膜母细胞瘤（Retinoblastoma，RB) 儿童期（多在4岁以前）发病的一种眼内的恶性肿瘤 临床表现：早期为眼底灰白色肿块，以后肿瘤长入 玻璃体，瞳孔呈黄色光反射，称为“猫眼”。 遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史（40%的 患者为遗传型）。非遗传型多为单侧发病，且在2岁 以后才发病。
癌基因的发现 —— Ras
1983年，从人神经胚胎瘤和肉瘤细胞中分离到第三 个人类Ras基因---N-ras（与病毒无关）
1.
2.
N-Ras突变发生在： 20% - 30%的白血病患者
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较少发生在在结肠癌等上皮细胞肿瘤中
RAS癌基因的结构
K-Ras, H-Ras, N-Ras分别定位于11、12、1号染色体
The transmission of viral and oncogenic information as genetic elements (rather than as a pathogenic response to a virus) 病毒携带的癌基因进入宿主基因组中，引起肿瘤。
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癌基因的发现 —— 病毒癌基因
其中，KK-R-raass有4A两（种t形he式al：terKn-aratisv4eBly, spliced isoform）
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Ras 下游重要的信号通路
Fos，Jun
丝状伪足 片状伪足
RAS oncogenes: weaving a tumorigenic web
2011, Nature reviews cancer
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抑癌基因（anti-oncogene） 肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene, TSG）
正常细胞中存在的一类调节细胞生长、增殖、分 化的基因，具有抑制细胞过度生长、增殖从而遏
制肿瘤形成的作用。
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主要内容
1. 癌基因与抑癌基因的概念 2. 癌基因的发现与鉴定 3. 抑癌基因存在的证据 4. 原癌基因激活与抑癌基因失活的机制 5. 癌基因与抑癌基因的分类及功能
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信号传递因子： Ras
plasma membrane
12,13,61 mutation
RAS 第12、13和 61位密码子是突变热点， 点突变降低其固有的GTPase 活性以及其与 GAP的结合能力。
Ras：固定于细胞膜的内表面，与GTP和GDP有高亲和力;
具潜在的GTPase活性；
GEF：鸟嘌呤核苷酸交换因子
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癌基因的发现 —— 病毒癌基因
Nobel Prize in Medicine 1966
1910年：Rous发现了致癌病毒 —鸡肉瘤 组织匀浆后的无细胞滤液皮下注射于正 常鸡，可以引起肿瘤。这种微小的传染 性介质被称为Rous sarcoma virus (RSV)。
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癌基因的发现 —— 病毒癌基因
G1期
R point
Rb--细胞周期的刹车
S期
cyclin E/A, cdc2, cMyc
寻找抑癌基因的步骤
寻找潜在的含有抑癌基因的染色体区域 染色体鉴定术 杂合性缺失(Loss of Heterozygosity, LOH)分析 连锁分析
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染色体鉴定术
原理：染色体片段缺失会导致该片段中的 基因失活
Bishop和Varmus 得到第一个癌基因全序列，即来源于 Rous肉瘤病毒的v-Src基因；
1975年，他们在正常动物细胞中发现 了病毒癌基因v-Src的同源序列——细 胞癌基因(cellular oncogene, c-onc), 称之为c-src。
（转化缺损的mt）
Src特异的探针
14 DNA to be tested for presence
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同是一种肿瘤, 为什么既有遗传型又有散发型?
发病年龄也不同呢?
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二次打击假说 （Proposed by Alfred G. Knudson, 1971）
1601例RB患者
视网膜母细胞瘤患者发生非视网膜肿瘤的频率
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二次打击假说 （Proposed by Alfred G. Knudson, 1971）
1970年：Baltimore和Temin发现RNA病毒感染的关键 物质逆转录酶；病毒感染宿主时，RNA经逆转录酶合 成DNA并整合到宿主DNA，从而使病毒能够通过很多 个细胞生长和分裂周期传递它的基因组
RSV为RNA病毒
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癌基因的发现 —— 病毒癌基因
1974年：
（含Src的wt RSV）
Voger等发现缺少src基因的病毒不能引 起细胞恶性转化。 Src : "sarc" , short for sarcoma
正常细胞
更易于成 瘤的细胞
肿瘤细胞
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二次打击假说
在非遗传性病例中，两次突变均为体细胞突变； 须在同一个体细胞中两次独立发生才能完成启动 的过程； 机会较少，需经漫长过程的积累。
非遗传性肿瘤多为单发，且发病较晚。
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二次打击假说
为什么正常细胞转化为恶性细胞需要两次以上的突 变事件的发生？
正常人～1014个细胞，人的一生中进行～1016次细胞 分裂，自发突变频率为～1.4×10-10，环境致突变剂 的影响使突变频率要远高于该数值 如单个突变可致癌，仅据自发突变率计算，人一生中 大约有28％细胞将癌变，那么癌症将是日常事件。
of src sequences
病毒癌基因的起源
The oncogene in the virus did not represent a true viral gene but instead was a normal cellular gene, which the virus had acquired during replication in the host cell and thereafter carried along.