癌变的分子基础是基因突变,DNA变化和不正常活动,导致分化细胞的生长和分裂失控,脱离了衰老和死亡的正常途径而引起细胞癌变。一般来说,在一种肿瘤发生过程中起主要作用的几乎不可能是两种以上的癌基因,但可能涉及两个以上抑癌基因的突变。
癌细胞:脱离了细胞社会赖以构建和维持的规则制约,表现出细胞增殖失控和侵袭并转移到机体的其他部位生长这两个基本特征。
癌基因(oncogene):可分为两类,一类是病毒癌基因(DNA病毒和RNA病毒);第二类是细胞转化基因(或称细胞癌基因),细胞转化基因能使正常细胞转化为肿瘤细胞,这类基因与病毒癌基因有显著的序列相似性。事实上,细胞转化基因可能是存在于人体正常细胞中的原癌基因的突变产物。(PS:可以这样理解,正常细胞中原癌基因发生突变,成为细胞转化基因,则正常细胞变成肿瘤细胞)
原癌基因(proto-oncogene):广泛存在于生物界,在进化上高度保守,属于持家基因,是细胞内与细胞生长、分化相关的基因,是维持机体正常生命活动所必须的。当原癌基因的结构或调控区发生变异,基因产物增多或活性增强时,使细胞过度增殖,从而形成肿瘤。肿瘤细胞中存在着显形作用的癌基因,在正常细胞中有与之同源的正常基因,被称为原癌基因
一、反转录病毒致癌基因 1. 致癌分子机制
在各种反转录病毒中发现了许多致癌基因,他们感染后诱导宿主产生肿瘤的主要原因是激活特定基因表达,从而破坏宿主细胞本身固有的平衡,导致细胞发生转化。 2. 反转录过程
反转录病毒的复制是由其自身基因组上的pol基因编码的反转录酶指导完成的。当该病毒感染细胞时,pol基因就被宿主的RNA聚合酶Ⅱ转录,产生pol mRNA,并在宿主核糖体上合成包括反转录酶、整合酶等多个病毒复制和整合所需要的酶类。该反转录酶再以病毒RNA为模板,转录出与病毒RNA序列互补的单链DNA,并以此为模板,利用宿主DNA聚合酶指导合成第二链DNA,以双链DNA形式整合到宿主细胞基因组中。被整合的反转录病毒DNA分子称为原病毒,它能指导病毒mRNA的合成,并利用宿主细胞中的蛋白质合成器,翻译成病毒外壳蛋白等,最后组装成病毒颗粒。
二、原癌基因突变
非病毒因子(放射性物质、化学试剂亚硝酸、烷化剂)也能诱导细胞原癌基因突变转化为肿瘤,但这些因子并没有像病毒癌基因一样把致癌基因带入了细胞,而仅仅通过某种激活机制改变了细胞内原有的遗传信息,使细胞发生转化。此时,引起细胞转化的因子仍然是DNA,化学诱变后的细胞中同样存在着决定细胞命运的致癌基因,但这些致癌基因不是分布在不同的DNA片段上的,而是存在与某个特定的区域。
三、原癌基因产物与功能
原癌基因编码的蛋白与细胞生长调控的许多因子有关,这些因子参与细胞生长、增殖、分化途径上环节的调控。将癌基因表达产物按其在细胞信号传递系统中的作用分成以下四类: 1. 细胞外的生长因子
细胞外信号包括:生长因子、激素、神经递质、药物等,它们作用于细胞膜上的受体系统或直接被传递至细胞内,再通过多种蛋白激酶活化,对转录因子进行磷酸化修饰,引发一
系列基因的转录激活。例如,sis基因编码产物 2. 跨膜的生长因子受体
另一类原癌基因的产物为跨膜受体,它能接受细胞外的生长信号并将其传入胞内。跨膜生长因子受体有胞质结构区域,并具有酪氨酸特异的蛋白激酶活性。例如C-Src、C-abl另一些癌基因所编码的激酶不是在酪氨酸上磷酸化,而是使丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。通过这种磷酸化作用,使其结构发生改变,增加激酶对底物的活性,加速生长信号在胞内的传递。 3. 促进细胞生长
细胞内信号传导体生长信号到达细胞后,借助一系列胞内信息传递体系,将接受的生长信号由胞内传至核内,促进细胞生长。胞内信号传递体系成员多是原癌基因的成员,或通过这些基因产物的作用影响第二信使。例如,非受体酪氨酸激酶(c-crl、c-bal等),丝/苏氨酸激酶(c-ras,c-mas),ras蛋白(H-ras、K-ras和N-ras等)及磷脂酶(crk产物)。 4. 核内转录因子
已知某些癌基因表达蛋白(如myc、fas等)定位于细胞核内,它们能与靶基因的调控元件结合直接调节转录活性起转录因子作用。这些蛋白通常在细胞受到生长因子刺激时迅速表达,促进细胞的生长与分裂过程。c-fos是一种即刻早期反应(立早)基因。在生长因子、佛波酯、神经递质等作用下,c-fos能即刻、短暂表达,作为传递信息的第三信使。
四、原癌基因活化机制/表达调控
1. 当逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列(long terminal repeat,LRT)(含强启动子和增强子)插入原癌基因启动子区域或附近时,可从根本上改变基因的正常调控规律,发生癌变。 2. 基因易位—染色体易位重排,导致原来无活性的原癌基因移至强启动子或增强子附近而活化。
3. 原癌基因扩增
原癌因扩增是原癌基因数量的增加或表达活性的增加,产生过量的表达蛋白也会导致肿瘤的发生。 4. 点突变
原癌基因在射线或化学致癌剂作用下,可能发生单个碱基的替换—点突变,从而改变了表达蛋白的氨基酸组成,造成蛋白质结构的变异。
五、基因互作与原癌基因表达调控 1. 染色体构象对原癌基因表达的影响
同一DNA链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时,影响有效转录所必须的染色质结构的形成,从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低,产生所谓基因领域效应(gene territory) 2. 原癌基因终产物对基因表达的影响 3. 抑癌基因产物对原癌基因的调控
抑癌基因在细胞生长中起负调控作用,抑制增殖,促进分化、成熟和衰老,引导多余的细胞进入程序化死亡途径,而原癌基因的作用正好相反;在遗传方式上,原癌基因是显性的,激活后及参与促进细胞增殖和癌变的过程,而抑癌基因在细胞水平上是隐性的,抑癌基因中的两个等位基因中失去任何一个都不影响其抑癌功能,只有2个等位基因全部失活才能失去抑癌功能。体细胞中可能发生抑癌基因突变,生殖细胞中也可能发生抑癌基因突变并通过生殖细胞遗传。原癌基因只发生在体细胞。抑癌基因如p53、Rb 4. 外源信号对原癌基因表达的影响。
六、扩展:
1. 往往”癌基因”指的是细胞转化基因(细胞癌基因,也即原癌基因产物 2. 癌基因可以遗传?
不完全正确,有两种情况是可以遗传的。
1. 两亲代发生性细胞的抑癌基因同时发生突变,结合的受精卵只有是纯和的才有可能遗传(PS:抑癌基因突变可发生在性细胞,而原癌基因突变只发生在体细胞)。
2. 两亲代性细胞同时发生病毒癌基因感染,与1类似。