-第四章抑癌基因

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1、第四章抑癌基因 tumorsuppressorgene 概述 抑癌基因 在正常情况下 细胞内的一类基因产物能抑制细胞生长并能潜在抑制细胞癌变 当通过纯合缺失或失活可引起恶性转化的基因群 又称为隐性癌基因 抗癌基因或肿瘤易感基因 抑癌基因的作用 在调控细胞生长 增殖及分化过程中起负调控作用 并能潜在地抑制肿瘤的生长 如果其功能失活或出现基因缺失 突变等异常 可导致细胞恶性转化而发生肿瘤 抑癌基因的生物学功能与癌基因相反 抑癌基因理论上的三个基本条件 1 该恶性肿瘤的相应正常组织中该基因必须正常表达2 该恶性肿瘤中这种基因应有功能失活或结构改变或表达缺陷3 将这种基因的野生型导入基因异常的肿瘤细胞

2、内 可部分或全部改变其恶性表型 抑癌基因的功能 1 诱导终末分化2 维持基因稳定3 触发衰老 诱导细胞程序性死亡 4 调节细胞生长5 抑制蛋白酶活性6 改变DNA甲基化酶活性 负性生长因素的信息传导调节基因 7 调节组织相容性抗原8 调节血管形成9 促进细胞间联系 第一节抑癌基因研究的历史回顾1 细胞融合试验是抑癌基因存在的最早依据 当正常细胞与肿瘤细胞融合形成杂交细胞时 能抑制癌细胞的致癌性 表明正常细胞具有抑制细胞癌变的基因成分 2 Knudson根据对视网膜母细胞瘤的遗传学分析 提出了肿瘤发生的 两次突变假说 发现肿瘤形成时 13号染色体 13q1 4 的两个等位基因常常同时缺乏或失活

3、表明这类基因具有抑制肿瘤形成作用 3 在肿瘤细胞中常发现有等位基因的杂合型丢失 据此以发现新的抑癌基因但是不能把所有能抑制细胞生长作用的因素都称为抑癌基因 如干扰素 生长抑素等 1989年以来 抑癌基因的分离和鉴定已取得很大进展 发现二十多种 已克隆出十几种抑癌基因 目前最受关注的是Rb P53基因 而且新的抑癌基因还在不断出现 第二节Rb基因Rb retinoblastomagene Rb 是第一个被克隆的抑癌基因 1971年Knudson系统地研究了有明显显性遗传的儿童视网膜母细胞瘤 提出了著名的肿瘤 两次突变 的假说 认为在有遗传倾向的病人体内所有干细胞及体细胞都存在一种突变 在此基础的

4、发育过程中任一视网膜母细胞再出现第二次突变 即可导致肿瘤发生 Rb基因是源于父母双方的两个视网膜母细胞瘤相关的等位基因 1988年 Huang等用逆转录病毒感染的方法将Rb基因导入视网膜母细胞瘤WERI Rb27 发现Rb基因可完全抑制WERI Rb27细胞在裸鼠体内的致癌性 应用同样的方法导入前列腺癌 膀胱癌 乳腺癌 结果Rb基因都可不同程度地抑制癌细胞在裸鼠体内的致癌性 这些结果为Rb基因的抗癌性提供了直接的证据 Rb基因可以完全抑制视网膜母细胞瘤的致瘤性 表明Rb基因功能失活是视网膜母细胞瘤发生的重要机制 而Rb基因只能部分抑制前列腺癌 膀胱癌 乳腺癌的致瘤性 说明Rb基因失活在这些肿瘤

5、的发生 发展中起着一定作用 这些肿瘤的发生还存在其他基因的改变 一 Rb基因结构Rb结构 全长约200kb 含27个外显子 26个内含子 由4757个核苷酸组成 3 端有AATAA加尾信号序列和polyA 转录产物为4 7kbmRNA 可编码928个氨基酸组成的蛋白质 分子量约为1 1 105 生物化学的分离技术和免疫荧光技术研究表明 85 的Rb蛋白质产物存在于细胞核中 约10 在细胞膜上 在胞浆和间质中几乎没有Rb蛋白质 细胞分裂周期图 二 Rb蛋白的磷酸化和细胞周期1 Rb蛋白的磷酸化和细胞周期Rb蛋白定位于核内 为核磷酸蛋白 具有结合DNA特性 并有转录调节因子的功能 Rb蛋白的功能受

6、自身磷酸化程度的调节 而其磷酸化与脱磷酸化过程呈现细胞周期依赖性 Rb的状态随着细胞周期以磷酸化和去磷酸化而不同 在细胞周期的G1期 Rb蛋白为去磷酸化状态 而在G2 S M期为磷酸化状态 磷酸化发生在G1 S期之间 主要为M期 Rb蛋白磷酸化受细胞周期调节因子cdc2 蛋白激酶p34的调节 此外Rb蛋白与转录因子E2F结合形成的复合物调节和控制S期的转录及复制 在对细胞生长的调控中 Rb的非磷酸化状态是维持细胞处在G0或G1期的活化形式 控制和抑制细胞生长和增殖 而磷酸化的Rb蛋白将细胞由这种控制中释放出来 使细胞进入DNA合成及有丝分裂期 因此 非磷酸化的Rb蛋白为活化形式 它具有促进细胞

7、分化 抑制生长和增殖的负调节因子的作用 Rb蛋白 磷酸化 失去抑制作用 进入细胞分裂周期 去磷酸化 E2F 停留在G0 G1期 SG2M期 2 Rb蛋白与病毒的结合作用 SV40病毒大T抗原腺病毒5型EIA癌蛋白 均能与磷酸化的Rb蛋白结合形成稳定的复合物Rb蛋白失活抑制细胞正常生长的作用丧失 3 Rb基因异常与某些肿瘤发生的相关性 1 15 40 视网膜母细胞瘤有Rb基因的缺失 如果Rb基因缺失一个或两个拷贝 2 有时可发生片断的部分缺失 3 有基因结构异常视网膜母细胞瘤检测不到正常Rb基因的mRNA Rb蛋白表达水平极低下 除视网膜母细胞瘤中发现异常外 在其他类型肿瘤 如 成骨肉瘤 乳腺癌

8、 小细胞肺癌 膀胱癌 前列腺癌 鼻咽癌等中也有Rb基因结构及表达异常 4 Rb基因的抗癌性有两层含义 1 一是在正常细胞中Rb基因具有抑制细胞生长的作用 2 二是在肿瘤细胞内Rb基因具有抑制其生长及致瘤性作用利用Rb基因探针和抗Rb蛋白的抗体检测正常人体组织及其相应的肿瘤组织 发现正常人体组织Rb基因的结构及表达均正常 而相应的肿瘤组织中的基因常常有缺失突变 缺乏正常的蛋白 第三节P53基因P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因 自1979年P53基因命名以来 人们对P53基因的认识经历了癌蛋白抗原 癌基因到抑癌基因的多次转变 导致细胞转化或肿瘤形成的P53是P53基因突变的产物 是一

9、种肿瘤促进因子 它可以消除正常P53的功能 而野生型P53是一种抑癌基因 人类肿瘤中约50 以上与P53基因变化有关 仅1991 1998年6月的有关论文就超过6000篇 P53基因也被Science杂志评为1993年的明星分子 一 P53基因的结构及特点人P53基因定位于17号染色体短臂1区3带 17p1 3 分布于200kbDNA区段内 含11个外显子和10个内含子 其转录产物2 5kbmRNA P53基因编码393个氨基酸组成的核磷蛋白 分子量为53 103 称P53蛋白 定位于核内 能与DNA特异性结合 具有转录因子的作用 正常P53蛋白在细胞中易水解 半衰期为20分钟 突变性P53蛋

10、白的半衰期为1 5 7h 二 P53蛋白的生物学功能1 对细胞增殖的抑制作用P53蛋白是一个细胞周期相关蛋白 参与细胞增殖的调节 正常细胞中P53蛋白控制着静止期细胞从G0到G1期的转变 并且在G1期的生长限制性位点 Rpoint 控制细胞进入细胞周期后的增殖 肿瘤细胞中 突变的P53过量表达 具有增殖正调控作用 野生型P53则是一个细胞生长负调控因子 P53蛋白的磷酸化与细胞周期有关 非磷酸化的P53蛋白为其活性形式 发挥对细胞生长和增殖的负调节作用 2 P53蛋白与病毒的结合作用3 为DNA损伤的检查站4 诱导细胞分化5 影响细胞调亡6 P53基因调节细胞内基因转录P53除可以与某些病毒癌

11、蛋白结合外 还可与细胞内的转录因子结合 起到活化和调节的作用 其中最重要的两个基因为Mdm2和P21WAF1 CIPIMdm2基因产物与野生型P53结合阻止P53抑制细胞增殖和诱导凋亡的功能 第四节INK4基因家族一 p1 基因结构和生物学特性 一 基因结构位于9p21 全长8 5kb 由二个内含子和三个外显子组成 编码CDK4抑制蛋白 二 生物学特性 如下图 CDK4 Rb蛋白 磷酸化Rb蛋白 Rb蛋白失活 P16蛋白 抑制 cyclinD 促进 三 调控主要受Rb p16 cyclinD CDK的反馈调节 四 基因异常与肿瘤 基因异常方式 基因缺失 点突变 相关肿瘤黑色素瘤 食管癌 肺癌

12、肝癌 结直肠癌 胰腺癌 膀胱癌 卵巢癌 乳腺癌 骨肉瘤 间皮肉瘤 淋巴造血系统肿瘤 二 p15基因结构和生物学特性 一 基因结构全长460kb 位于9p21 编码 个AA 分子量为14 7kD的胞浆蛋白 与p16有 的序列相同 含 个外显子 二 生物学特性结合CDK4 CDK6 抑制CDK4 cyclinD CDK6 cyclinD 从而抑制细胞增殖 三 基因异常与肿瘤 基因异常方式 基因缺失 突变 高甲基化 相关肿瘤多种实体瘤和肿瘤细胞株 如间皮瘤 白血病 非小细胞肺癌 三 p18和p19基因 p18被命名为CDKN2C p19被命名为CDKN2D或INK4D 均为单拷贝基因 分别定位于定位

13、于染色体1p32和19p13 2 两者在结构 功能上有许多相似之处 都具有 个锚蛋白重复序列 每个重复序列含有 个氨基酸 主要功能为特异性抑制CDK4 6的活性 两者在许多正常组织中均有表达 具有周期依赖性 G1中期表达最低 S期达高峰 p18基因突变和缺失之见于少数肿瘤 如乳腺癌 非小细胞肺癌 P19基因在肿瘤中的突变率更低 第五节CIP KIP基因家族一 p21基因 基因结构位于染色体6q21 2 为单拷贝基因 长85kb 含有 个外显子 cDNA长约2 1kb 编码包含164个氨基酸残基的蛋白 分子量21kD 功能 结合p53 SP1 MyoD 抑制多种Cyclin CDK复合物 抑制细

14、胞增殖核抗原 proliferatingcellnuclearantigen PCNA 与DNA多聚酶 结合 抑制应激激活蛋白激酶 stressactivatedproteinkinase SAPK 的活性 使C Jun不能磷酸化 参与p53介导的细胞DNA损伤反应 与肿瘤的关系与其他相关基因起协同作用 大多数肿瘤未发现p21突变 但存在基因的多态性改变 二 p27基因 基因结构位于染色体12p13 编码含198个氨基酸残基的多肽 分子量27kD 功能抑制Cyclin CDKs和H1组蛋白酶活性 抑制Cyclin CDKs复合物在Thr 160磷酸化能力 与肿瘤关系基因突变罕见 但有些实验证明

15、p27功能异常确实与肿瘤的发生有关 三 p57基因 基因结构 位于染色体11p11 5 其开放读码框948bp 编码含316个氨基酸残基的多肽 分子量57kD 功能 抑制CDK活性 与G1期Cyclin CDK复合物结合并抑制之 于正常组织中表达 与肿瘤关系认为p57基因的LOH与乳腺癌 膀胱癌 肾癌 卵巢癌等多种肿瘤有关 但缺失率不高 结肠癌 胰腺癌 肝癌中p57蛋白高表达 第六节PTEN基因一 基因结构和生物学特性 基因结构位于10q23 3 由 个外显子组成 相应蛋白质包含 个AA 生物学特性拮抗酪氨酸激酶 二 基因异常与肿瘤 基因异常方式 基因纯合性丢失 突变包括 甲基化 缺失突变错义

16、突变无意义突变mRNA剪接突变 相关肿瘤胶质母细胞瘤 前列腺癌 子宫内膜癌 肾癌 卵巢癌 乳腺癌 肺癌 膀胱癌 甲状腺癌 头颈部鳞状细胞癌 黑色素瘤 淋巴瘤等 另外也与Cowden病 Bannayan Zonana或Bannayan Ruvalcaba综合征有关 第七节FHIT基因一 基因结构FHIT基因位于人类染色体3p14 2 cDNA全长约1 1kb 含 个外显子 编码含 个氨基酸的分子量为16 8kD的蛋白质 二 功能及与肿瘤关系所编码的蛋白质是一典型的Ap3A水解酶 5 5 pl p3 triphosphatehydrolase 基因发生突变后 Ap3A水解酶活性丧失 导致Ap3A或类似的复合物水平升高并促进肿瘤发生 主要异常为基因的缺失 与多种肿瘤发生有关 如消化道肿瘤 呼吸道肿瘤等 第八节BRCA基因一 基因结构BRCA1基因位于染色体17q21 基因全长100kb 含 个外显子 个内含子 BRCA2基因位于染色体13q12编码含 个氨基酸残基的蛋白质 二 基因异常与肿瘤 基因异常方式 等位基因杂合性缺失 基因突变 包括终止码突变 错义突变 移码突变 与肿瘤关系主要与乳腺