第五章癌基因与癌第一节 肿瘤细胞的特点肿瘤细胞的特点(1)无限生长（Immortalization），这和生长控制发生改变有关2)转化（transformation），失去了生长的正常抑制，例如不受生长因子的支配3)转移（metastasis）,癌细胞具有侵袭正常组织的能力,可以从原来的组织转移到其他的组织,在那建立新的克隆正常细胞与癌细胞比较 原代培养细胞（血清依赖,接触 抑制,有限寿命）癌细胞体外细胞培养生长转化过程 确立细胞系 (永生化)极限(大部分细胞死亡，少数存活)转化(失去血清依 赖、接触抑制；形态改变、聚集，长成病灶)转移癌细胞转移到别的组织，产生新的克隆确立细胞系:（1）贴壁依赖性贴壁依赖性（Anchorage dependence）细 胞附着在固体基质或薄膜的表面2）血清（或生长因子）依赖性血清（或生长因子）依赖性（serum or growth facto dependence）（3）密度制约抑制密度制约抑制 （Density-dependent inhibition）(4）细胞骨架的形成细胞骨架的形成 （cytoskeletal organization）细胞是扁平 的，而且延着附着基质的表面沿伸。
外因：外因：物理致癌因子（高能辐射）化学致癌因子（环状化合物，亚硝酸等）生物致癌因子（肿瘤病毒,黄曲霉素）内因：内因：蛋白质功能水平上的病毒活性，重要的生长调节基因的突变，如激素 控制细胞生长的机制被破坏2.癌症的发生原因癌症的发生原因 第二节第二节 癌基因和抗癌基因癌基因和抗癌基因癌基因癌基因（oncogene）转化基因转化基因（transforming gene）细胞癌基因细胞癌基因（cellular orcogene,c-onc）原癌基因原癌基因（proto-oncogene）病毒癌基因病毒癌基因（virus oncogene,v-onc）一一.癌基因癌基因癌基因癌基因是有潜在的促发肿瘤肿瘤 发生发生活性的基因，最早在肿肿 瘤病毒瘤病毒中发现到目前为止，发现的癌基因己有100多个1911年P.Rous发现了Rous肉瘤病毒,（Rous sarcoma virus）1969年美国的Huebner,R.I.和Todaro,G.I提出了癌基因假说1970年H.Temi和Dulbecco发现致癌的RNA病毒中存在反转录酶，提出了原病毒假设，认为RNA病毒通过反向转录和正向转录以及与宿主细胞DNA发生交换或重组，能形成癌基因。
1976年H.Evarmus和J.M.Bishop发现鸟类肉瘤病毒中含有致癌基因被命名为病病毒癌基因毒癌基因(virus oncogene v-onc)80年代初通过很多实验证实了癌基因的存在DNA肿瘤病毒：致癌潜能存在于一种功能或一组相关的功能之中，这些功能在病毒裂解周期的早期就被激活当转化发生时，相应基因整合到宿主的基因组中，并且呈组成型表达癌基因的组成型表达产生了癌蛋白RNA反转录病毒：病毒的致瘤性并不依赖它的癌基因，而是在于它激活了细胞内原癌基因的表达DNA肿瘤病毒转化病毒多为ssDNA病毒，癌基因能编码病毒本身所需的蛋白如:SV40的T抗原;人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)的E7抗原;腺病毒的E1A，E1B抗原转化病毒带有癌基因,其产物可使肿瘤抑制物失活即减弱抗癌基因的功能一些DNA病毒感染宿主细胞后不发生裂解，而是潜伏在细胞中，并整合到宿主基因组中，表达病毒癌蛋白，引起宿主细胞转化如：多瘤病毒家族（SV40)，人乳头瘤病毒家族，腺病毒家族DNA病毒通过合成病毒癌蛋白，引起细胞转化许多新的肿瘤抑制基因是在病毒癌蛋白与宿主TSG蛋白相互作用的研究中被发现的。
RNA反转录病毒RNA反转录肿瘤病毒分为急性和慢性两种慢性肿瘤病毒是野生型反转录病毒，不带有癌基因急性肿瘤病毒是缺陷型反转录病毒，在其基因组中带有来源于动物的癌基因(v-onc)v-onc的功能和突变的原癌基因相似慢性肿瘤病毒是依赖LTR中的强启动子（增强子）作用细胞癌基因，诱发癌变癌基因被慢性肿瘤病毒激活癌基因被慢性肿瘤病毒激活 与急性转化反转录病毒直接转导一高活性病毒癌基因到宿主基因组中不同，慢性RNA肿瘤病毒通过整合到正常原癌基因附近，使其被病毒中长末端重复序列所激活感染较长时间后病毒才启动肿瘤发生增加转录增加转录 病毒整合在正常原癌基因附近使原癌基因激活,如 c-myc.插入c-myc 基因不同位置的 鸟类白血病病毒(avian leukosis,ALV)通过通读来打开编码的外显子 病毒增强子偶尔作为启动子，录转编码区在下游插入的ALV其增强子激活c-myc的启动子RNA肿瘤病毒在反转录酶的催化下，复制和整合到核基因组中反转录病毒的癌基因起源于动物(1)各种动物的c-onc其数目和位置比较固定，而反转录病毒中的v-onc数目和位置是不固 定的2)线虫（C.elegans）和果蝇等动物并不被反 转病毒所感染，但这些动物的基因组中也 具有与高等动物癌基因同源的基因；(3)c-onc中发现有内含子，而反转录病毒的癌 基因（v-onc）则无内含子。
4)动物的c-one可为反转录病毒所转导胞内胞内Tyr激酶激酶 膜结合蛋白，胞液蛋白Ser/Thr激酶激酶 胞液蛋白信号分子信号分子 调节物 转录因子转录因子 Leu拉链蛋白，转录因子，甲状腺激素受体 生长因子生长因子 分泌蛋白生长因子受体生长因子受体 各种受体激酶，受体G-蛋白蛋白/信号传导信号传导 GTP结合蛋白癌基因的类型二抗癌基因二抗癌基因（antioncogene）又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs)、隐性癌基因隐性癌基因是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因在生物 体内与癌基因功能相抵抗，共同保持生物体内正负信号相互作用的稳定已发现10种抗癌基因抗癌基因,如如RB基因(Retinoblastoma视网膜母细胞瘤)，p53 基因 许多TSGs产物是细胞周期调节因子或是生长相关基因的转录抑制子它的非活性形式能促进肿瘤生长TSGs的正常功能是限制细胞生长，作用主要有:(1)调节细胞生长.(2)维持基因稳定.(3)触发衰老，诱导细胞程序性死亡.(4)诱导终末分化.(5)抑制和调节蛋白酶活性.(6)改变DNA甲基化酶活性.(7)调节血管形 成.(8)促进细胞间联系.一个生长转化细胞可通过与正常的细胞融合而得到恢复。
Kundson早在1971年提出著名的 “二次突变假 设（two mutation hypothsis）”后来遗传学家发现家族性患儿的体细胞中13号染 色体存在缺失（13q14），表明该区域可能存在 与视网膜母细胞瘤发生有关的基因RBSparkes(1980)将RB基因定位于13q14Benedict（1983）提出位于13q14的RB的一对等 位基因均失活才会产生该肿瘤表明RB是以隐 性方式起作用Stephe等（1986）开始构建了人的13号染色体 的噬菌体文库，其中1.5Kb的DNA片段和RB有 关接着又分离到一个30Kb的cDNA片段，用此片段可检测到13q14带70Kb区域的基因同年眼科专家Dryja发现RB失活时可以致瘤，杂合子（RB+/RB-）易被诱变而失活；他还发现经眼球摘除手术能存活下来的患儿长大后易患成骨肉瘤，乳腺癌和小细胞肺癌1986年Friend将13q14位点的Rb经cDNA克隆制成各种探针，检查很多例骨肉瘤和组织肉瘤患者发现约50%的患者RB基因纯合缺失1987年Stanbridge等分离了人类13号染色体，将它注入培养的成骨肉瘤细胞中，结果导致了癌细胞逆转，同年李文华把RB转化到培养的癌细胞中使其逆转。
更进一步证明了RB的抑癌作用他克隆了RB全长的cDNA，发现其产物是一种长928氨基酸，分子量是105 kD的蛋白质RB的分子功能：(1)RB产物可抑制部分致癌蛋白主要是可以和肿瘤抗原相互作用：SV40 T抗原，腺病毒E1A抗原，人类乳头瘤病毒E7抗原，可结合到RB的379792残基区域2)RB还有抑制细胞增殖的作用在细胞周期中在细胞周期中RB磷磷酸化受到调控酸化受到调控 G0/G1 去磷酸化，G1末至G2末被细胞周期蛋白CDK复合物磷酸化非磷酸化的RB可结合转录因子E2F及许多肿瘤抗原肿瘤抗原肿瘤抗原(SV40T,Ad E1A)和和RB结合结合 RB 位于13q14，编码视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤蛋白蛋白 RB，能结合肿瘤抗原,（SV40 T抗原）调控细胞周期，抑制细胞增殖，最早在视网膜母细胞瘤的研究中被发现P53 p53蛋白是一种肿瘤抑制物，一半以上的癌变都与P53的缺失或突变有关p53蛋白是四聚体，突变具有显性失活的效应野生型限制细胞生长 缺乏p53细胞生长不受控制突变亚基因阻碍四聚体功能，细胞生长不受限制P53等位基因的缺失或突变等位基因的缺失或突变都可使细胞生长不受限制都可使细胞生长不受限制 DNA的损伤激活p53,在细胞周期不同阶段引起不同结果：早期：阻止细胞周期前进直到损伤修复。
晚期：引发细胞凋亡辐射p53的功能:（1）一种可能是野生型p53与细胞中某些T抗原的类似物结合，抑制了它们的活性;（2）p53也是一种DNA结合蛋白，它能识别长10bp两侧对称的基序，并激活含多拷贝这种基序的启动子的转录3)在有的座位上它可能阻遏其靶基因4)p53通过调节基因的表达来控制细胞周期，缺乏这种调节就会导致细胞无限制生长5)p53突变具有显性失活的效应P53有多种分子活性P600-601(1)p53是一种DNA结合蛋白(转录因子)，可识别10bp的回文基序,其第120-290位氨基酸的区域负责与特定靶顺序的结合2)可激活含多拷贝基序启动子转录p53还可以阻遏某些不含有以上基序的基因，其机制不明3)p53也能和损伤的DNA结合（第310-390位），此C-端的功能区可以识别单链DNA区4)p53是四聚体，其突变体具有的显性失活调控的作用p53蛋白与抑制有关的各功能区的活性第三节第三节 癌基因产物的结构，功癌基因产物的结构，功能和细胞癌变能和细胞癌变一.src基因src的产物p60src具有TPK（酪氨酸蛋白激酶）活性，与细胞的增殖和转化有关Src蛋白有四个结构域：（1）N端十四烷基化位点是和膜结合的位点（2）SH2（src homology region-2）结构域。
3)416位Tyr和自身磷酸化有关4)而527位Tyr的磷酸化位点Inactive receptor Activated receptor has Has unphosphorylated phosphorylated SH2-binding domain SH2-binding domain Fig.Phosphorylation of tyrosine in an SH2-binding domain creates a binding site for a protein that has an SH2 domainTyr SH2-bionding site Tyr Tyr P P SH2 domain binds to SH2 phosphorylated tyrosine Src SH2 Src一、src基因 产物p60src蛋白具有TPK（酪氨酸激酶活性）膜结合 调控 催化 抑制N C SH2结构域 416 Tyr自身磷酸化 527Tyr自身磷酸化 胞内胞内Tyr激酶激酶 膜结合蛋白，胞液蛋白Ser/Thr激酶激酶 胞液蛋白信号分子信号分子 调节物 转录因子转录因子 Leu拉链蛋白，转录因子，甲状腺激素受体 生长因子生长因子 分泌蛋白生长因子受体生长因子受体 各种受体激酶，受体G-蛋白蛋白/信号传导信号传导 GTP结合蛋白癌基因的类型二.c-erbB产物的结构和功能c-erbB编码EGF受体是一种分子量为65KDa的跨膜蛋白，由1186个氨基酸组成。
膜外的部分（621aa）是EGF结合功能区前面有24aa构成的信号肽跨膜区由23个疏水氨基酸组成膜内部分由542aa组成其中包括4个磷酸化位点和一个TPK功能区4个磷酸化位点中有一个是紧靠膜内侧的654位Thr，其余3个位于1068，1148和1173Tyr自身磷酸化位点平截 c-erbB:c-erbB 编码表皮生长因子受体N端为配体结合结构域，C端为抑制结构域v-erbB 的两端被截短，使受体在无配体的存在下就形成二聚体，并持续激活，使细胞生长不受控制erb-B的结构 膜外结合功能区 23aa 膜内催化功能区 621aa 542aa信号肽 跨膜区 Thr(654)Tyr Tyr Tyr1 24 551 621 644 694 940 1068 1148 1173 1186aa EGFRN 端 16 74 99 150 蛋白激酶结构域 396 611 615 C 端 v-erb B图 19-13 erb-B 癌基因产物(下)与表面生长因子受体(EGFR)(上)的结构比较c-erbB 编码编码EGF受体，受体，具有酪氨酸蛋白激酶活性具有酪氨酸蛋白激酶活性生长因子受体的激活涉及配基的结合，二聚体的形成及自身磷酸化，V-erB丢失了配基结合域，不受N端功能区的抑制而组成型激活。
三三c-sis产物的结构与功能产物的结构与功能c-sis的产物是一种分泌蛋白1983年发现了血小板生长因子（PDGF）与猿猴肉瘤病毒转化蛋白p28具有结构的相似性四四ras原癌基因可能因突变而被激活原癌基因可能因突变而被激活在人和大鼠的基因组中相应的c-ras(N-ras,H-ras和K-ras)虽定位在不同的染色体上，但产物相似，分子量约为21KDa，统称为p21rasV-Ras和C-Ras结构相似，仅少数的几个氨基酸不同ras 第一个被证实由于点突变而引发癌症的基因（1982，Tabin C J and Reddy E P)Ras 蛋白结构：5 22 30 40 109 120 186 NCGDP/GTP结合区 效应区效应区 膜结合膜结合 水解GTP活性 作用于靶分子 带有GTP的Ras是活性的，而内在的GTPase活性使GTP 水解成GDP，而结合GDP的Ras则失活，GAP（GTP酶激活蛋白）以及 SOS（鸟苷释放因子）可调节Ras 蛋白活性效应区 Cys 5 22 30 40 109 120 186 aaN C GDP/GTP 结合区，突变可 十六烷酸 激活原癌基因 负责膜的附着图 19-16 Ras 蛋白的结构。
仿 B.Lewin:GENES,1997,Fig.35.20)Ras-GTP is converted to Ras-GDP after activating its effector Ras Ras GTP GDP Inactive active effector effctor Pi Ras is inactivated by GAP Ras GTP GAP Ras-GAP stimulates hydrolysis of GTP Ras is activated by SOS(GNRF)Ras SOS GDP GTP Grb2 SOS stimulates Ras to exchange GDP with GTP Fig.19-The relative amounts of Ras-GTP and Ras-GDP are controlled 12 59 61c-Ha-ras 正常细胞 GGC/Gly GCC/Ala CAG/Glu 膀胱癌 GTC/Val GCC/Ala CAG/Glu 肺 癌 GGC/Gly GCC/Ala CTG/LeuKi-ras 正常细胞 GGT/Gly GCA/Ala CAA/Glu 肺 癌 TGT/Cys GCA/Ala CAA/Glu 结肠癌 GGT/Gly GCA/Ala CAT/His N-ras 正常细胞 GGT/Gly GCT/Ala CAA/Glu 神经母细胞瘤 GGT/Gly GCT/Ala AAA/Lys 肺 癌 GGT/Gly GCT/Ala CGA/Arg 图 19-ras 基因的点突变和肿瘤 癌基因激活的机制：癌基因激活的机制：点突变点突变 c-ras：Ras 是GTP结合蛋白，传导生长因子受体信号。
ras基因的点突变（第12个氨基酸密码子由GGG(甘氨酸）变为GTG(缬氨酸）降低了GTP水解酶活性，使其放大了对生长因子的反应，导致细胞过量生长SOS能激活RasGAP(GTP酶激活蛋白)使Ras 失活癌变的Ras保持Ras-GTP 的形式，持续激活参见点突变）五、五、jun 和和 fos Jun 和 Fos 蛋白 是一对转录因子第四节染色体畸变和肿瘤的发生第四节染色体畸变和肿瘤的发生一一.Rb和和P53的缺失导致肿瘤的发生的缺失导致肿瘤的发生二二.反转录病毒的插入激活反转录病毒的插入激活c-myc癌基因癌基因三三.易位易位费城染色体（Philadelphia chromosome,Ph）Riodan O.（1971）用荧光带法鉴别出Ph染色体是22号染色体长臂丢失了1/3而形成Rowly（1973）进一步发现缺失的染色体片段易位到9号染色体上1982年De Klein等又在Ph染色体上发现有9号染色体的片段，上面带有癌基因（c-abl）.易位激活易位激活 染色体易位，B细胞中myc基因转到IgH 的基因座，受免疫球蛋白增强子的控制，在T细胞中则易位到TcRa 基因座融合癌基因融合癌基因 ABL基因基因位于9号染色体，产物具酪氨酸激酶活性，其N端为调节结构域。
当与22号染色体交互异位产生费城染色体，ABL基因被剪接到BCR基因5端，失去N端调节结构域，具有持续活性CML(chromic myelogenous leukemia)ALL(acute lymphoblastic leukemia)22号染色体和9号染色体之间的易位产生了费城染色体，bcr-abl融合基因的转录，导致了两种白血病的发生。