分子生物学五年制用ppt课件Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望多细胞生物体从古至今共同的危难多细胞生物体从古至今共同的危难l一个离经叛道、恣意妄为的细胞在人体的一个离经叛道、恣意妄为的细胞在人体的某个组织内开始了自己独特的生长道路。某个组织内开始了自己独特的生长道路。自此以后，是它自身内部的程序而不再是自此以后，是它自身内部的程序而不再是周围细胞群体的需要决定着它的扩张行径。周围细胞群体的需要决定着它的扩张行径。所以不是几百万个新生力量，而是一个始所以不是几百万个新生力量，而是一个始作俑者，产生了数目巨大、一脉相承的叛作俑者，产生了数目巨大、一脉相承的叛乱后裔。肿瘤中那几十亿个细胞同它们叛乱后裔。肿瘤中那几十亿个细胞同它们叛逆的祖先如出一辙，它们对于周围组织的逆的祖先如出一辙，它们对于周围组织的健康成长毫无兴趣，同它们的先祖一样，健康成长毫无兴趣，同它们的先祖一样，它们抱定一个宗旨：快快成长，快快分裂，它们抱定一个宗旨：快快成长，快快分裂，无限扩张。无限扩张。细胞行为改变的历程细胞行为改变的历程-细胞的转化细胞的转化l真核细胞有固有寿命（真核细胞有固有寿命（life spanlife span），所有），所有高等真核生物的一个重要特征是机体有他自高等真核生物的一个重要特征是机体有他自己独特的生命期限，而落实到每一个细胞，己独特的生命期限，而落实到每一个细胞，则是真核细胞的生长和分裂都受到高度的调则是真核细胞的生长和分裂都受到高度的调节；主要特征是具有固定寿命。一个成熟组节；主要特征是具有固定寿命。一个成熟组织维持正常构造的能力取决于前赴后继的机织维持正常构造的能力取决于前赴后继的机制；在大多数成熟组织内部细胞不断地更新制；在大多数成熟组织内部细胞不断地更新着，即由大量候补者的生长来补偿前任细胞着，即由大量候补者的生长来补偿前任细胞的偶尔缺失。如果候补者过少，组织会枯萎的偶尔缺失。如果候补者过少，组织会枯萎衰竭；如果候补者过多，组织又会扩张出正衰竭；如果候补者过多，组织又会扩张出正常界限。常界限。细胞增殖相关基础知识细胞增殖相关基础知识lCells and macromolecules lProtein structure lProkaryotic and eukaryotic chromosome structure lDNA replication lDNA damage, repair and recombination lGene manipulation lCloning vectors lGene libraries and screening lAnalysis and uses of cloned DNAlTranscription in prokaryotes lRegulation of transcription in prokaryotes lTranscription eukaryotes lRegulation of transcription in eukaryoteslRNA processing and RNPs（ribonucleoproteins）lThe genetic code and tRNAlProtein synthesis lBacteriophages and eukaryotic viruses Cells and macromoleculesNucleus Eukaryotic chromosome structure DNA damage, repair and recombination DNA damage, repair and recombination DNADNA损伤的因素损伤的因素lDNADNA损伤的形式损伤的形式lDNADNA损伤的修复损伤的修复光修复（光修复（light repairlight repair）切除修复（切除修复（base-excision repairbase-excision repair）重组修复（重组修复（recombination repairrecombination repair）核苷酸切除修复（核苷酸切除修复（nucleotide-excisino repairnucleotide-excisino repair）双链开链修复（双链开链修复（double-strand beak repair of double-strand beak repair of DNADNA）SOSSOS修复（修复（SOS repairSOS repair）DNADNA损伤的修复损伤的修复lDNADNA损伤和修复是细胞内损伤和修复是细胞内DNADNA分子上同时并分子上同时并存的两个过程，以达到遗传保守性和变异存的两个过程，以达到遗传保守性和变异性的统一。性的统一。l修复（修复（DNA repairingDNA repairing）是指针对已发生了的缺陷）是指针对已发生了的缺陷而实施的补救机制。而实施的补救机制。l原核细胞的原核细胞的DNADNA损伤修复机制损伤修复机制l真核细胞的真核细胞的DNADNA损伤修复机制损伤修复机制DNADNA损伤及修复的结果损伤及修复的结果l突变（突变（mutationmutation）是指一个或多个脱氧核糖核苷是指一个或多个脱氧核糖核苷酸的结构、复制或表型功能的异常变化，即酸的结构、复制或表型功能的异常变化，即DNADNA损损伤。伤。l自发突变（自发突变（spontandous mutationspontandous mutation）：）：是指自然是指自然界中自发出现的突变，属于遗传物质在复制过程界中自发出现的突变，属于遗传物质在复制过程中随机发生的误差。发生率为中随机发生的误差。发生率为1010-7-7至至1010-6-6。l诱发突变（诱发突变（induced mutationinduced mutation）：）：指遗传物质在指遗传物质在环境因素诱发下发生的改变。诱发因素包括：物环境因素诱发下发生的改变。诱发因素包括：物理因素，紫外线、理因素，紫外线、X X射线、射线、射线；化学因素，芳射线；化学因素，芳香胺类、多环芳烃类、亚硝基化合物、生物毒素、香胺类、多环芳烃类、亚硝基化合物、生物毒素、无机化合物及各种药物。生物因素，致癌病毒的无机化合物及各种药物。生物因素，致癌病毒的感染。感染。突变的意义突变的意义l突变与遗传的保守性是对立而又统一的自突变与遗传的保守性是对立而又统一的自然现象然现象l突变是进化、分化的分子基础：没有突变就不会突变是进化、分化的分子基础：没有突变就不会有遗传学，就不可能有现今五彩缤纷的生物世界。有遗传学，就不可能有现今五彩缤纷的生物世界。我们无法看到一个物种的自然演变过程，但能看我们无法看到一个物种的自然演变过程，但能看到长时期突变积累的结果。到长时期突变积累的结果。l突变造成了基因多态性（突变造成了基因多态性（polymopismpolymopism），由于遗），由于遗传密码的漂移性，有些突变造成密码子第三位碱传密码的漂移性，有些突变造成密码子第三位碱基的改变，而没有氨基酸的改变；或者突变发生基的改变，而没有氨基酸的改变；或者突变发生在蛋白质的非功能区段上，氨基酸的改变不影响在蛋白质的非功能区段上，氨基酸的改变不影响蛋白质的功能。蛋白质的功能。突变的意义突变的意义l致死性突变：有些突变发生在对生命过程至关重致死性突变：有些突变发生在对生命过程至关重要的基因上，可以导致个体、细胞的死亡。这些要的基因上，可以导致个体、细胞的死亡。这些突变没有可遗传性。突变没有可遗传性。l突变是某些疾病的发病基础：与基因突变有关的突变是某些疾病的发病基础：与基因突变有关的疾病有各种遗传性疾病（单机因疾病），肿瘤及疾病有各种遗传性疾病（单机因疾病），肿瘤及有遗传倾向的疾病（多基因疾病）。疾病中的有遗传倾向的疾病（多基因疾病）。疾病中的1/31/3以上属于遗传性病或有遗传倾向的疾病。常见的以上属于遗传性病或有遗传倾向的疾病。常见的有遗传倾向的疾病有高血压、糖尿病、溃疡病及有遗传倾向的疾病有高血压、糖尿病、溃疡病及肿瘤等。肿瘤等。 随着医学研究的发展，使我们逐渐认识到，对随着医学研究的发展，使我们逐渐认识到，对某些疾病的易感性就来源于个体的遗传背景某些疾病的易感性就来源于个体的遗传背景（backgroudbackgroud）。）。原代细胞（原代细胞（primary cellprimary cell）l成熟细胞分裂能力有限成熟细胞分裂能力有限-临界点临界点（crisiscrisis）l适度控制细胞的扩张是非常重要的。适度控制细胞的扩张是非常重要的。l在任何时候，人体中的绝大多数细胞都处在任何时候，人体中的绝大多数细胞都处于静止状态。只有在不断更新的组织如结于静止状态。只有在不断更新的组织如结肠上皮、骨髓和皮肤等处，才能看到大量肠上皮、骨髓和皮肤等处，才能看到大量生长和分裂的细胞。生长和分裂的细胞。l把正常组织细胞取出作离体培养，由于生把正常组织细胞取出作离体培养，由于生存空间的改变，细胞能够进行数代分裂；存空间的改变，细胞能够进行数代分裂；然后进入静止期，在经过一段时间后，培然后进入静止期，在经过一段时间后，培养细胞逐渐枯萎死亡。养细胞逐渐枯萎死亡。稳定的细胞系稳定的细胞系l稳定的细胞系（稳定的细胞系（established cell lineestablished cell line）又叫永生化（又叫永生化（immortalizationimmortalization）细胞。）细胞。l越过临界点的细胞（越过临界点的细胞（ bypass crisis cell bypass crisis cell ）的特征：）的特征：（1 1）贴壁依赖性（）贴壁依赖性（anchorage dependenceanchorage dependence）（2 2）血清或生长因子依赖性（）血清或生长因子依赖性（serum or serum or growth factor dependencegrowth factor dependence）（3 3）接触抑制作用（）接触抑制作用（contact inhibitioncontact inhibition）（4 4）细胞骨架（）细胞骨架（cytoskeletoncytoskeleton）结构变化）结构变化转化细胞系转化细胞系l转化细胞系（转化细胞系（transformed celltransformed cell）的特征：）的特征：（1 1）失去了真核细胞系所表现的性状，失去）失去了真核细胞系所表现的性状，失去了对血清及生长因子的依赖；了对血清及生长因子的依赖；（2 2）失去了贴壁依赖性和接触抑制作用，当）失去了贴壁依赖性和接触抑制作用，当相邻的细胞彼此接触时，仍继续生长，彼此发相邻的细胞彼此接触时，仍继续生长，彼此发生重叠，堆积成细胞灶（生重叠，堆积成细胞灶（focusfocus）（3 3）在裸鼠体内可以长成肿瘤；）在裸鼠体内可以长成肿瘤；（4 4）细胞性状可以稳定遗传。）细胞性状可以稳定遗传。肿瘤细胞系肿瘤细胞系l在体外，原代细胞在体外，原代细胞稳定的细胞系稳定的细胞系转化转化细胞，其发展过程伴随着基因调控、细胞细胞，其发展过程伴随着基因调控、细胞生长周期的调控和信号传导等变化。生长周期的调控和信号传导等变化。l在体内，肿瘤细胞的发生经历更为复杂的在体内，肿瘤细胞的发生经历更为复杂的过程，还可又进一步的变化，它们可逃逸过程，还可又进一步的变化，它们可逃逸起源组织的限制，获得侵袭其他正常组织起源组织的限制，获得侵袭其他正常组织的能力，转移并建立新的肿瘤集落。的能力，转移并建立新的肿瘤集落。l在体内肿瘤细胞相对于正常细胞有三个特在体内肿瘤细胞相对于正常细胞有三个特征：征：生长控制的减弱或无限制；生长控制的减弱或无限制；局部组织浸润；局部组织浸润；蔓延或转移到身体的其他部位。蔓延或转移到身体的其他部位。l在人类基因组中在人类基因组中，有一类基因的功能与细，有一类基因的功能与细胞增殖、分化有关；他们的结构或功能的胞增殖、分化有关；他们的结构或功能的异常可能导致细胞增殖、分化异常，从而异常可能导致细胞增殖、分化异常，从而引起包括肿瘤在内的多种疾病。引起包括肿瘤在内的多种疾病。l这类基因就是这类基因就是“癌基因癌基因”（负责正性调控）（负责正性调控），与，与“抑癌基因抑癌基因”（负责负性调控）。（负责负性调控）。l他们是细胞生长调控基因他们是细胞生长调控基因，是一组正常功，是一组正常功能基因。能基因。l细胞转化的分子机制细胞转化的分子机制l-基因表达结果异常基因表达结果异常基因基因l基因的概念基因的概念遗传的基本单位或单元，含有编码一种遗传的基本单位或单元，含有编码一种RNARNA，大，大多数情况是编码一种多肽的信息单位。是负载特多数情况是编码一种多肽的信息单位。是负载特定遗传信息的定遗传信息的DNADNA分子片断；与分子片断；与mRNAmRNA相互补的相互补的DNADNA称为编码序列。称为编码序列。l基因的结构基因的结构结构基因和调节基因结构基因和调节基因* *任何一个遗传单位或基因都有自己的结构基因任何一个遗传单位或基因都有自己的结构基因和调节基因；因此，分别称之为转录序列和调节和调节基因；因此，分别称之为转录序列和调节序列可能更恰当。序列可能更恰当。 基因组基因组l基因组（基因组（genome genome ）就是来自一个遗传体系就是来自一个遗传体系的一整套遗传信息。的一整套遗传信息。l对原核细胞和噬菌体而言，它们的基因组对原核细胞和噬菌体而言，它们的基因组就是单个的环状染色体所含的全部基因；就是单个的环状染色体所含的全部基因；l对真核生物而言，一个基因组就是一个生对真核生物而言，一个基因组就是一个生物体的染色体所含的全部物体的染色体所含的全部DNADNA，通常又称，通常又称染染色体基因组色体基因组。人类基因组计划人类基因组计划lHuman genome project, HGP: 人类基因组人类基因组计划完成的人类基因组草图是计划完成的人类基因组草图是6 6个国家的个国家的2020个实验中心个实验中心1010多年成果的顶点。多年成果的顶点。l个体的基因组就是个体的遗传组成。是个个体的基因组就是个体的遗传组成。是个体从父母那里遗传得到的信息，体从父母那里遗传得到的信息，部分地部分地指指导个体的生命过程。导个体的生命过程。l人类的基因组由人类的基因组由3030亿个数据，以脱氧核糖亿个数据，以脱氧核糖核酸（核酸（DNADNA）的形式组成。每个数据称为核）的形式组成。每个数据称为核苷酸或碱基，既苷酸或碱基，既DNADNA的组成单位。的组成单位。基因表达基因表达l不同的生物基因组所含基因多少不同，在不同的生物基因组所含基因多少不同，在某一特定时期，基因组中只有一部分基因某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态；且不同时期基因组的表达处于表达状态；且不同时期基因组的表达是有差异的。是有差异的。例如，与蛋白质生物合成有关的编码延长因子例如，与蛋白质生物合成有关的编码延长因子的基因表达活跃，与的基因表达活跃，与DNADNA损伤修复有关的酶分子损伤修复有关的酶分子的编码基因却极少表达；当有紫外线照射引起的编码基因却极少表达；当有紫外线照射引起DNADNA损伤时，这些修复酶的编码基因表达异常活损伤时，这些修复酶的编码基因表达异常活跃。跃。基因表达的时间性及空间性基因表达的时间性及空间性l基因表达具有严格的规律性；生物物种愈高级，基因表达具有严格的规律性；生物物种愈高级，基因表达规律愈复杂、愈精细，这是生物进化的基因表达规律愈复杂、愈精细，这是生物进化的需要及适应环境的需要。基因表达的时间、空间需要及适应环境的需要。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子和增强子与调节蛋白特异性由特异基因的启动子和增强子与调节蛋白相互作用决定。相互作用决定。时间特异性（时间特异性（temporal specificitytemporal specificity）按功能）按功能需要，某一特定基因的表达严格按一定的时间需要，某一特定基因的表达严格按一定的时间顺序发生，即基因表达的时间特异性。顺序发生，即基因表达的时间特异性。空间特异性（空间特异性（spatial specificityspatial specificity）在个体）在个体生长、发育全过程，一种基因产物在个体的不生长、发育全过程，一种基因产物在个体的不同组织或器官表达，即在个体的不同空间出现，同组织或器官表达，即在个体的不同空间出现，即基因表达的空间特异性。即基因表达的空间特异性。基因表达调控的生物学意义基因表达调控的生物学意义l适应环境和维持生长适应环境和维持生长生物体所处的内、外环境是在不断变化的。生生物体所处的内、外环境是在不断变化的。生物体调节基因表达、适应环境是普遍存在的。物体调节基因表达、适应环境是普遍存在的。l维持个体发育与分化维持个体发育与分化在多细胞个体生长、发育的不同阶段，细胞中在多细胞个体生长、发育的不同阶段，细胞中的蛋白质分子种类和含量变化很大；即使在同的蛋白质分子种类和含量变化很大；即使在同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布也存在很大差异，这些差异是调节细胞表分布也存在很大差异，这些差异是调节细胞表型的关键。型的关键。 致突变因素（外因）致突变因素（外因）l物理因素物理因素-化学因素化学因素-生物因素生物因素l物理因素物理因素：电离辐射是最重要的物理性致：电离辐射是最重要的物理性致癌因素，主要包括以短波和高频为特征的癌因素，主要包括以短波和高频为特征的电磁波的辐射以及电子、质子、中子、电磁波的辐射以及电子、质子、中子、粒子等的辐射。粒子等的辐射。放射性同位素：镭、铀、钴、锶等，放射性同位素：镭、铀、钴、锶等，致染色体致染色体断裂、易位、突变断裂、易位、突变 紫外线：紫外线： DNA DNA吸收光子，嘧啶二聚体形成吸收光子，嘧啶二聚体形成 电离辐射对生物靶损伤的机理主要是产生电离，电离辐射对生物靶损伤的机理主要是产生电离，形成形成自由基自由基物理因素物理因素l电离辐射是最重要的物理性致癌因素，主电离辐射是最重要的物理性致癌因素，主要包括以短波和高频为特征的电磁波的辐要包括以短波和高频为特征的电磁波的辐射以及电子、质子、中子、射以及电子、质子、中子、粒子等的辐粒子等的辐射。射。放射性同位素：镭、铀、钴、锶等，放射性同位素：镭、铀、钴、锶等，致染色体致染色体断裂、易位、突变断裂、易位、突变 紫外线：紫外线： DNA DNA吸收光子，嘧啶二聚体形成吸收光子，嘧啶二聚体形成 电离辐射对生物靶损伤的机理主要是产生电离，电离辐射对生物靶损伤的机理主要是产生电离，形成形成自由基自由基化学致癌物化学致癌物l按作用方式分类：按作用方式分类：直接致癌物（直接致癌物（direct carcinogendirect carcinogen）烷化剂）烷化剂和硫化剂、金属元素、非金属元素、有机化和硫化剂、金属元素、非金属元素、有机化合物等合物等 间接致癌物（间接致癌物（indirect carcinogenindirect carcinogen）多环多环芳烃、芳香胺、亚硝胺、霉菌毒素等芳烃、芳香胺、亚硝胺、霉菌毒素等 促癌物：巴豆油、激素、糖精、苯巴比妥等促癌物：巴豆油、激素、糖精、苯巴比妥等相关基本概念：前致癌剂、近似致癌剂、终相关基本概念：前致癌剂、近似致癌剂、终末致癌剂末致癌剂-代谢活化作用代谢活化作用化学致癌物化学致癌物l按化学结构分类（包括内源性和外源性）：按化学结构分类（包括内源性和外源性）：烷化剂烷化剂多环芳烃类多环芳烃类芳香胺与偶氮染料芳香胺与偶氮染料亚硝胺类亚硝胺类霉菌毒素霉菌毒素激素激素其它其它 生物学因素生物学因素l致癌性致癌性DNADNA病毒病毒lDNADNA病毒转化细胞模式：病毒感染、病毒转化细胞模式：病毒感染、DNADNA整合及细整合及细胞转化。胞转化。l常见常见DNADNA病毒：多瘤病毒、病毒：多瘤病毒、PapivlomaPapivloma病毒、腺病病毒、腺病毒、毒、Epstein-BarrEpstein-Barr病毒（病毒（EBVEBV）l致癌性致癌性RNARNA病毒病毒lRNARNA病毒转化细胞模式：反转录、病毒转化细胞模式：反转录、cDNAcDNA整合及细整合及细胞转化。胞转化。l常见常见RNARNA病毒病毒: : 白血病病毒、肉瘤病毒、腺泡病白血病病毒、肉瘤病毒、腺泡病毒毒逆转录病毒和携带癌基因的病毒逆转录病毒和携带癌基因的病毒其它生物因素其它生物因素l与人类肿瘤密切相关的病毒与人类肿瘤密切相关的病毒HPVEBVHBVHTLV-1HPVEBVHBVHTLV-1l细菌：幽门螺杆菌与胃淋巴瘤相关细菌：幽门螺杆菌与胃淋巴瘤相关 l霉菌：黄曲菌、白地霉菌于肝癌相关霉菌：黄曲菌、白地霉菌于肝癌相关 l寄生虫：血吸虫、中华睾吸虫于肝癌相关寄生虫：血吸虫、中华睾吸虫于肝癌相关可能与局部组织修复性增生失控有关可能与局部组织修复性增生失控有关致突变因素（内因）致突变因素（内因）l遗传因素：常染色体显性遗传；单基因遗传，需遗传因素：常染色体显性遗传；单基因遗传，需两次突变，儿童多见，如：視母、肾母、神经母；两次突变，儿童多见，如：視母、肾母、神经母；常染色体隐性遗传：常染色体隐性遗传：Bloom syndromeBloom syndrome与白血病、与白血病、着色性干皮病与皮肤癌；遗传易感性与家族史。着色性干皮病与皮肤癌；遗传易感性与家族史。l免疫因素：免疫细胞；肿瘤抗原；免疫耐受。免疫因素：免疫细胞；肿瘤抗原；免疫耐受。l其它因素：性别：男性的前列腺癌、女性的乳腺其它因素：性别：男性的前列腺癌、女性的乳腺癌；年龄：青少年多发急性淋巴细胞白血病、中癌；年龄：青少年多发急性淋巴细胞白血病、中年以后则以慢性粒细胞白血病多见；激素：滥用年以后则以慢性粒细胞白血病多见；激素：滥用问题。问题。Oncogene 癌基因癌基因: :凡是编码生长因子及其受体，细凡是编码生长因子及其受体，细胞信息传递分子以及转录因子的基因均胞信息传递分子以及转录因子的基因均可属于原癌基因（可属于原癌基因（pre-oncogen）。）。癌基因的分类癌基因的分类l生长因子类癌基因生长因子类癌基因l生长因子受体类癌基因生长因子受体类癌基因l非受体蛋白质酪氨酸激酶癌基因非受体蛋白质酪氨酸激酶癌基因l细胞质蛋白质激酶类癌基因细胞质蛋白质激酶类癌基因lG G蛋白质类癌基因蛋白质类癌基因l核结合蛋白类癌基因核结合蛋白类癌基因主要癌基因的细胞内定位主要癌基因的细胞内定位7070年代的两种学说年代的两种学说l基基因因突突变变学学说说、基基因因外外（epigenicepigenic）恶恶性性变学说。变学说。l肿肿瘤瘤基基因因的的发发现现证证明明了了在在肿肿瘤瘤发发生生过过程程中中，既既可可发发生生编编码码区区的的突突变变（如如rasras），也也可可发发生生调调节节顺顺序序的的改改变变（如如mycmyc）以以及及TransTrans激激活活（如如T T细细胞胞白白血血病病病病毒毒HTLV-HTLV-及及型型中中TATTAT基基因因）。因因此此，两两种种学学说说随随着着肿肿瘤瘤基基因因的发现而得到统一。的发现而得到统一。病毒和化学致癌病毒和化学致癌l肿肿瘤瘤基基因因的的研研究究证证明明化化学学致致癌癌剂剂能能直直接接引引起起原原癌癌基基因因突突变变（rasras基基因因族族），同同时时有有可可能能激激活活内内源源性性逆逆转转录录病病毒毒。具具有有致致瘤瘤作作用用的的逆逆转转录录病病毒毒本本身身含含有有v-oncv-onc；DNADNA肿肿瘤瘤病病毒毒中中某某些些基基因因片片段段, ,如如某某些些腺腺病病毒毒的的ElaEla，Elb;SV40Elb;SV40的的T T及及多多瘤瘤病病毒毒的的T T基基因因本本身身具具有有肿肿瘤瘤基基因因mycmyc和和rasras相相似似的的作作用用。目目前前认认为为这这两两类类致致瘤瘤因因子子（病病毒毒和和化化学学因因子子）很很可可能有协同作用。能有协同作用。细胞遗传学细胞遗传学l7070年年代代后后期期，染染色色体体的的高高分分辨辨分分带带技技术术的的发发展展使使得得在在多多种种肿肿瘤瘤中中发发现现了了染染色色体体的的易易位位、双双微微体体及及均均匀匀染染色色区区。肿肿瘤瘤基基因因的的研研究究给给细细胞胞遗遗传传的的研研究究，尤尤其其对对染染色色体体的的畸畸变变赋赋予予了了功功能能性性的的意意义义；同同时时应应用用细细胞胞遗遗传传技技术术，不不仅仅确确定定了了肿肿瘤瘤基基因因在在染染色色体体上上的的定定位位而而且且找找出出了了新新的的肿肿瘤瘤基基因因（如如B B淋淋巴巴细细胞胞瘤瘤的的Bcl1Bcl1及及2 2，T T淋淋巴巴细细胞胞瘤瘤的的Tcl1Tcl1等等）。 传递生物信息的物质传递生物信息的物质Antioncogenel抑癌基因抑癌基因: :凡能抵消癌基因的作用，阻止细凡能抵消癌基因的作用，阻止细胞癌变的基因，称为抑癌基因胞癌变的基因，称为抑癌基因（antioncogenantioncogen），也叫做肿瘤抑制基因），也叫做肿瘤抑制基因（tumor suppressor genetumor suppressor gene）。）。包括包括癌基因产物拮抗物基因，癌基因产物拮抗物基因，细胞细胞生长抑制基因，生长抑制基因，诱导细胞分化的基因和诱导细胞分化的基因和抵消致癌物作用的基因等。抵消致癌物作用的基因等。 抑癌基因抑癌基因l确定抑癌基因的基本特征：确定抑癌基因的基本特征：在相应的正常组织中有正常的表达；在相应的正常组织中有正常的表达；在该组织类型的癌瘤中有缺失或突变；在该组织类型的癌瘤中有缺失或突变；导入该基因缺陷的癌瘤细胞中，可以抑制恶性导入该基因缺陷的癌瘤细胞中，可以抑制恶性表现。表现。l主要抑癌基因主要抑癌基因RbRb（retinoblastomaretinoblastoma）与视网膜母细胞瘤相关）与视网膜母细胞瘤相关基因。基因。P53P53，与多种肿瘤发生有关。，与多种肿瘤发生有关。其它抑癌基因：其它抑癌基因：p16, p15, PTEN, BRCA, DCC, p16, p15, PTEN, BRCA, DCC, APCAPC等。等。抗肿瘤基因存在的实验证据抗肿瘤基因存在的实验证据 l遗传性肿瘤中某些基因的丢失遗传性肿瘤中某些基因的丢失早在早在7070年代已有证明，某些遗传性肿瘤中染色体年代已有证明，某些遗传性肿瘤中染色体的某些位点可发生特异性的丢失。如视网膜母细的某些位点可发生特异性的丢失。如视网膜母细胞瘤胞瘤4040属先天性；这些遗传性病例中（大多为属先天性；这些遗传性病例中（大多为双侧性）的患儿，在生后约双侧性）的患儿，在生后约5 5可见染色体可见染色体13q1413q14的一个等位基因位点的缺失，尚可能有形态学上的一个等位基因位点的缺失，尚可能有形态学上不能分辨的其他缺失。不能分辨的其他缺失。 抗肿瘤基因存在的实验证据抗肿瘤基因存在的实验证据肿瘤发生时，肿瘤细胞中另一个等位基因也发肿瘤发生时，肿瘤细胞中另一个等位基因也发生了缺失，成为基因缺失纯合体。这提示，第生了缺失，成为基因缺失纯合体。这提示，第一次的缺陷属先天性，第二次属体细胞突变。一次的缺陷属先天性，第二次属体细胞突变。因为只是两个等位基因同时缺失时才会发生视因为只是两个等位基因同时缺失时才会发生视网膜母细胞瘤，因此这种抗视网膜母细胞瘤形网膜母细胞瘤，因此这种抗视网膜母细胞瘤形成的基因（成的基因（RbRb）具有显性的意义。）具有显性的意义。A.KmudsonA.Kmudson从从这一事实提出了这一事实提出了“两次突变两次突变”学说。学说。抗肿瘤基因存在的实验证据抗肿瘤基因存在的实验证据根据酯酶根据酯酶D D的测定和与染色体的测定和与染色体1313有关的限有关的限制性内切片段长度多态性（制性内切片段长度多态性（Restriction fragment length polymorphism，RFLP），），证明至少证明至少5050的视网膜母细胞瘤细胞中的视网膜母细胞瘤细胞中存在纯合体的存在纯合体的13q1413q14、2020缺失。经治疗痊缺失。经治疗痊愈的儿童易患肉瘤，而这种瘤细胞中也愈的儿童易患肉瘤，而这种瘤细胞中也发现了发现了1313号染色体标志位点的缺失。号染色体标志位点的缺失。抗癌基因主要功能抗癌基因主要功能l(1) 诱导终末分化诱导终末分化l(2) (2) 维持基因稳定维持基因稳定 l(3) (3) 触发衰老，诱导细胞程序性死亡触发衰老，诱导细胞程序性死亡 l(4) (4) 调节细胞生长调节细胞生长 l(5) (5) 抑制蛋白激酶活性抑制蛋白激酶活性 l(6) (6) 改变改变DNADNA甲基化酶活性甲基化酶活性 l(7) (7) 调节组织蛋白酶活性调节组织蛋白酶活性 l(8) (8) 调节血管形成调节血管形成 l(9) (9) 促进细胞间联系促进细胞间联系RbRb基因基因l19861986年，美国哈佛大学、麻省理工学院的小组和年，美国哈佛大学、麻省理工学院的小组和加州大学的小组分别分离出加州大学的小组分别分离出RbRb基因的基因的cDNAcDNA及其及其DNADNA序列分析。这无疑成为抗肿瘤基因研究的一个重序列分析。这无疑成为抗肿瘤基因研究的一个重要里程碑。要里程碑。Friend.S.H.Friend.S.H.等人用一个定位于等人用一个定位于13q1413q14、1111，以前用于，以前用于RbRb基因限制性内切酶长度多态性研基因限制性内切酶长度多态性研究的究的DNADNA片段片段H3-8H3-8为探针，从人胎盘为探针，从人胎盘cDNAcDNA文库中筛文库中筛选出一个选出一个4.7kb4.7kb的的cDNAcDNA片段，片段， 并同时分离出相应并同时分离出相应的基因片段的克隆，用上述的基因片段的克隆，用上述cDNAcDNA为探针，可在正为探针，可在正常人的组织常人的组织DNADNA中看到杂交信号，而在部分的视网中看到杂交信号，而在部分的视网膜母细胞瘤的膜母细胞瘤的DNADNA中则可看到信号的缺失。如果用中则可看到信号的缺失。如果用NouthernNouthern印记杂交的技术来检测正常人某些组织印记杂交的技术来检测正常人某些组织及视网膜母细胞瘤的及视网膜母细胞瘤的mRNAmRNA，可发现在前者有，可发现在前者有4.7kb4.7kb的信号，而后者则此的信号，而后者则此mRNAmRNA缺失。目前该缺失。目前该cDNAcDNA的全的全部部DNADNA序列已经测出。序列已经测出。 抑癌基因抑癌基因RbRblRb基因是第一个分离到的抑癌基因，在视网膜母基因是第一个分离到的抑癌基因，在视网膜母细胞瘤中发现。细胞瘤中发现。Rb基因位于人染色体基因位于人染色体13q14，全，全长至少长至少200kb，含有，含有27个外显子，可转录出个外显子，可转录出4.7kb的的mRNA，编码含有，编码含有928个氨基酸、分子量个氨基酸、分子量105kD的蛋白。的蛋白。l它是一种存在于核内的蛋白质，有磷酸化与非磷它是一种存在于核内的蛋白质，有磷酸化与非磷酸化两种形式。其磷酸化作用随着细胞周期发生酸化两种形式。其磷酸化作用随着细胞周期发生改变，在改变，在S期，磷酸化程度最高；而在细胞有丝分期，磷酸化程度最高；而在细胞有丝分裂后进入裂后进入G1期的时候，磷酸化程度最低。期的时候，磷酸化程度最低。l未磷酸化的未磷酸化的P105-RB能抑制细胞的增殖过程。能抑制细胞的增殖过程。RB蛋白在静止细胞中与蛋白在静止细胞中与E2F结合成复合物，抑制结合成复合物，抑制E2F的转录活性。的转录活性。lRB蛋白还可通过抑制多种原癌基因（如蛋白还可通过抑制多种原癌基因（如c-myc和和c-fos）的表达而抑制细胞增殖。）的表达而抑制细胞增殖。抑癌基因抑癌基因RbRb的的增殖抑制作用增殖抑制作用抑癌基因抑癌基因P53P53lP53P53蛋白首先发现于蛋白首先发现于SV40SV40转化的小鼠细胞中，转化的小鼠细胞中，7070年年代末，它与代末，它与SV40SV40的癌基因产物结合成复合物，是的癌基因产物结合成复合物，是维持转化细胞表型所必需的，因此被称为癌抗原，维持转化细胞表型所必需的，因此被称为癌抗原，基因称为癌基因；主要是由于当初发现的基因称为癌基因；主要是由于当初发现的P53P53蛋白蛋白及其基因均为突变型，具有促癌作用。及其基因均为突变型，具有促癌作用。l8080年代末，在癌旁组织发现野生型年代末，在癌旁组织发现野生型P53P53蛋白及其基蛋白及其基因，有抑癌作用，方将因，有抑癌作用，方将P53P53基因命名为抑癌基因。基因命名为抑癌基因。lP53P53蛋白成为野生型蛋白成为野生型P53P53蛋白；在已发现的人类肿蛋白；在已发现的人类肿瘤中，有瘤中，有50%50%以上含有突变型以上含有突变型P53P53基因。基因。P53 P53 基因的结构基因的结构l人类人类P53P53基因定位于基因定位于1717号染色体的短臂，全长号染色体的短臂，全长20kb20kb，共有，共有1111个外显子和个外显子和1010个内含子。个内含子。l人的人的p53p53基因的基因的mRNAmRNA转录受凉个启动子转录受凉个启动子P1P1、P2P2控制，控制，P1P1位于第位于第1 1外显子上游外显子上游400400个核苷酸处，个核苷酸处，P2P2位于第位于第1 1内含子的内含子的55端。端。l各种组织细胞中剪接加工的各种组织细胞中剪接加工的p53p53的的mRNAmRNA长度约长度约2.2-2.2-2.5kb2.5kb，以脾脏、胸腺中水平最高，其余组织中较，以脾脏、胸腺中水平最高，其余组织中较低。低。P53P53蛋白的结构与功能蛋白的结构与功能lP53P53蛋白含蛋白含393393个氨基酸，一级结构分三个结构域，个氨基酸，一级结构分三个结构域，由由N N端开始，端开始，17-8017-80区含酸性氨基酸较多，二级结区含酸性氨基酸较多，二级结构大部分为构大部分为-螺旋，第二结构域包括螺旋，第二结构域包括75-15075-150肽段，肽段，含疏水的脯氨酸较多为疏水区，二级结构为长短含疏水的脯氨酸较多为疏水区，二级结构为长短不等的片层结构，其中有不等的片层结构，其中有1111个片层相互反向回折个片层相互反向回折成夹心结构，为核心的疏水区，也是高度保守和成夹心结构，为核心的疏水区，也是高度保守和突变区。第三结构域包括突变区。第三结构域包括C-C-端的端的319-393319-393肽段，含肽段，含碱性氨基酸较多，为碱性区。碱性氨基酸较多，为碱性区。l三段的主要功能：一区为转录因子，促进基因转三段的主要功能：一区为转录因子，促进基因转录；二区与录；二区与DNADNA特异序列结合；三区与特异序列结合；三区与P53P53蛋白分蛋白分子的四聚化及与子的四聚化及与DNADNA非特异结合有关。非特异结合有关。P53P53的生物学功能的生物学功能l抑制细胞增殖：抑制细胞增殖：p53p53蛋白可抑制蛋白可抑制cyclin Acyclin A的表达，的表达，cyclin Acyclin A过量表达可促进细胞在过量表达可促进细胞在DNADNA复制不完全时复制不完全时即可进入即可进入M M期而致癌。大约期而致癌。大约60%60%的肿瘤有的肿瘤有p53p53的突变的突变或缺失。或缺失。 P53 P53的酸性氨基末端结构趋具有转录的酸性氨基末端结构趋具有转录激活作用，它能激活一些抑制细胞分裂的基因而激活作用，它能激活一些抑制细胞分裂的基因而间接抑制细胞增殖。间接抑制细胞增殖。l促进促进DNADNA损伤的修复：损伤的修复：p53p53能阻碍能阻碍DNADNA聚合酶与聚合酶与DNADNA复制起始复合物的结合而抑制复制起始复合物的结合而抑制DNADNA复制的启动，进复制的启动，进而阻止而阻止DNADNA的复制。的复制。l诱导细胞凋亡诱导细胞凋亡l诱导分化发育诱导分化发育原癌基因的激活原癌基因的激活l（一）原癌基因的（一）原癌基因的结构改变结构改变点突变点突变LTRLTR插入插入基因重排基因重排基因缺失基因缺失基因扩增基因扩增l（二）基因领域效应（二）基因领域效应常染色质常染色质异染色质活化异染色质活化l（三）（三）DNADNA的甲基化的甲基化程度降低：程度降低：甲基化与基因表达；甲基化与基因表达；甲基化与肿瘤发生甲基化与肿瘤发生点突变点突变l点突变是指基因的个别碱基发生替换。点突变是指基因的个别碱基发生替换。l有意义的突变使氨基酸发生改变，蛋白质肽链中有意义的突变使氨基酸发生改变，蛋白质肽链中重要氨基酸的替换，可改变其空间结构和功能，重要氨基酸的替换，可改变其空间结构和功能，点突变也可改变点突变也可改变RNARNA的剪接位点，使其发生错误剪的剪接位点，使其发生错误剪接而改变蛋白质的结构和功能。接而改变蛋白质的结构和功能。l原癌基因的产物大多为生长因子、生长因子受体、原癌基因的产物大多为生长因子、生长因子受体、信号传递因子及转录因子，起着调节细胞增殖的信号传递因子及转录因子，起着调节细胞增殖的功能。这类蛋白质的重要氨基酸的改变使蛋白质功能。这类蛋白质的重要氨基酸的改变使蛋白质的活性增强，加强了对细胞增殖的刺激作用。的活性增强，加强了对细胞增殖的刺激作用。l点突变常见于点突变常见于rasras癌基因。癌基因。Ras Ras 癌基因的点突变癌基因的点突变l主要发生在第主要发生在第12位氨基酸的改变，其次是第位氨基酸的改变，其次是第13位，位，第第61位或位或63位氨基酸的改变。位氨基酸的改变。l在正常细胞中，在正常细胞中，P21几乎全部与几乎全部与GDP结合，处于结合，处于非活性状态。研究发现非活性状态。研究发现ras的的12、13和和61位点是位点是ras蛋白与蛋白与GTP酶激活蛋白酶激活蛋白GAP相互作用的关键相互作用的关键结构，这些突变阻断了结构，这些突变阻断了GAP激活激活ras蛋白的蛋白的GTP酶活性的作用，使结合于酶活性的作用，使结合于ras上的上的GTP不能被水解，不能被水解，从而使从而使ras处于持续激活状态。处于持续激活状态。lRas癌基因突变见于多种肿瘤，如在膀胱癌、甲癌基因突变见于多种肿瘤，如在膀胱癌、甲状腺癌、宫颈癌中发现状腺癌、宫颈癌中发现H-ras突变；在急性骨髓细突变；在急性骨髓细胞性白血病、急性淋巴母细胞白血病、黑色素瘤、胞性白血病、急性淋巴母细胞白血病、黑色素瘤、神经母细胞瘤中有神经母细胞瘤中有N-ras突变；在肺腺癌、结肠癌、突变；在肺腺癌、结肠癌、胰腺癌、胆管癌等中有高频率的胰腺癌、胆管癌等中有高频率的K-ras突变。突变。启动子插入启动子插入l反转录病毒两端的反转录病毒两端的LTRLTR结构中含有很强的转录启动结构中含有很强的转录启动子，当子，当LTRLTR插入到原癌基因的启动区域或邻近处，插入到原癌基因的启动区域或邻近处，可改变其转录调控状态，启动或促进该基因转录。可改变其转录调控状态，启动或促进该基因转录。l最常见的被插入激活的原癌基因是最常见的被插入激活的原癌基因是c-mycc-myc。白细胞。白细胞增多症病毒增多症病毒ALVALV可诱导鸡可诱导鸡B B细胞淋巴瘤，细胞淋巴瘤，ALVALV感染宿感染宿主细胞后，病毒在复制整合时，将其前病毒的主细胞后，病毒在复制整合时，将其前病毒的LTRsLTRs插入到插入到c-mycc-myc原癌基因上游，原癌基因上游，LTRsLTRs含强启动子，含强启动子，导致导致c-mycc-myc表达增强。表达增强。启动子插入启动子插入lALVALV前病毒的前病毒的LTRsLTRs也可插入到也可插入到c-mycc-myc基因的基因的2 2、3 3外外显子的上游，或基因的下游，均可提高显子的上游，或基因的下游，均可提高c-mycc-myc的表的表达。达。l原癌基因原癌基因c-sis,erbB,H-ras,mybc-sis,erbB,H-ras,myb等被等被LTRsLTRs插入激插入激活后，转录明显增强。但插入位置的差异对转录活后，转录明显增强。但插入位置的差异对转录的影响不同。的影响不同。基因扩增与高表达基因扩增与高表达l基因拷贝数的增加即为基因扩增。基因拷贝数的增加即为基因扩增。l基因扩增导致染色体结构异常，最初表现为游离基因扩增导致染色体结构异常，最初表现为游离基因，进一步聚集形成双微小染色体（基因，进一步聚集形成双微小染色体（double minute chromosomes, MDC）以及均染色体）以及均染色体（homogeneously staining region, HSR）。）。lDMC是缺乏着丝点的类似小染色体结构，是缺乏着丝点的类似小染色体结构，HSR则则为存在于正常着丝点染色体的扩增为存在于正常着丝点染色体的扩增DNA序列区域。序列区域。可能由于可能由于DMC缺少着丝点，在细胞分裂时不稳定，缺少着丝点，在细胞分裂时不稳定，则通过则通过DMC整合至染色体形成整合至染色体形成HSR，成为稳定遗，成为稳定遗传形式。传形式。l原癌基因扩增使转录模板增加，进而使其原癌基因扩增使转录模板增加，进而使其mRNA的水平增高，所翻译的癌蛋白量急剧升高，导致的水平增高，所翻译的癌蛋白量急剧升高，导致正常细胞调节功能紊乱而致癌。正常细胞调节功能紊乱而致癌。l基因扩增也见于多种肿瘤。基因扩增也见于多种肿瘤。染色体易位染色体易位l原癌基因在肿瘤细胞中从染色体的正常位置转移原癌基因在肿瘤细胞中从染色体的正常位置转移到其他染色体的某个位置上称为易位。到其他染色体的某个位置上称为易位。l易位使原癌基因失去了正常的转录调控环境而被易位使原癌基因失去了正常的转录调控环境而被激活。原癌基因常易位于另一具强启动子或增强激活。原癌基因常易位于另一具强启动子或增强子基因的附近，受启动激活，或者易位后失去原子基因的附近，受启动激活，或者易位后失去原旁侧的抑制性调节域，是其表达增强。旁侧的抑制性调节域，是其表达增强。l免疫球蛋白重链、轻链或免疫球蛋白重链、轻链或J J链在功能性基因重排时链在功能性基因重排时发生差错，常将发生差错，常将c-mycc-myc基因重排在这些基因的启动基因重排在这些基因的启动子后面，导致原癌基因子后面，导致原癌基因c-mycc-myc转录水平升高。转录水平升高。领域效应领域效应-基因可转录条件基因可转录条件l核小体的核心由一条核小体的核心由一条DNADNA超螺旋链和四种成对组蛋超螺旋链和四种成对组蛋白的八聚体构成。白的八聚体构成。l组蛋白家族成员分子量较小，富含带正电荷的赖组蛋白家族成员分子量较小，富含带正电荷的赖氨酸和精氨酸，与氨酸和精氨酸，与DNADNA有很大亲和力；核心有很大亲和力；核心DNADNA超超螺旋与八聚体接触的内界面，其它蛋白质（核酸螺旋与八聚体接触的内界面，其它蛋白质（核酸酶或转录因子）难以靠近。酶或转录因子）难以靠近。l亚核小体（四聚体核心颗粒）的形成是有效转录亚核小体（四聚体核心颗粒）的形成是有效转录的前提条件。的前提条件。DNADNA甲基化甲基化l真核细胞基因组真核细胞基因组DNADNA中，有中，有2%-5%2%-5%胞嘧啶甲基化，胞嘧啶甲基化，其甲基化的程度和模式随动物种属、组织细胞和其甲基化的程度和模式随动物种属、组织细胞和发育阶段而已，此特性可代代相传。发育阶段而已，此特性可代代相传。l在无转录活性的异染色质区富含高度重复序列，在无转录活性的异染色质区富含高度重复序列，甲基化更为广泛；在具有转录活性的染色质区甲基化更为广泛；在具有转录活性的染色质区CCGGCCGG序列只序列只30%-40%30%-40%甲基化。甲基化的甲基化。甲基化的CpGCpG岛明显岛明显促进促进DNADNA分子呈分子呈Z Z型构象。型构象。lDNADNA甲基化对转录的抑制，取决于甲基化程度及其甲基化对转录的抑制，取决于甲基化程度及其位点的分布。位点的分布。抑癌基因与细胞增殖抑癌基因与细胞增殖细胞增殖抑制细胞增殖抑制DNADNA病毒病毒激活细激活细胞增殖胞增殖的机制的机制