毕业设计(论文)P53基因的研究进展.doc
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1、 届别 2 0 1 1 届 学号 毕业设计(论文) P53基因的研究进展姓 名 系 别 专 业 化生系 生物技术 导师姓名职称 讲师 完 成 时 间 2011年4月28日 目录 摘要Abstract1 P53基因概述1 1.1 P53基因的发现1 1.2 P53基因的命名1 1.3 P53基因的研究史2 1.4 研究动态 32 P53基因结构和表达 4 2.1 基因的结构4 2.2 基因的表达5 2.3 基因的失表达63 P53基因的功能7 3.1 阻滞细胞周期7 3.2 促进细胞凋亡7 3.3 维持基因稳点8 3.4 抑制肿瘤血管生成8 3.5 信号通路94 P53用于治疗方面10 4.1
2、基因疗法10 4.2重建P53蛋白活性12 4.3 P53治疗效果135 P53基因最新研究14参考文献18致谢19 摘要 从1979年发现至今,P53已经历经30多年的岁月,30年说长不长说短不短,人们对p53基因的认识经历了癌蛋白抗原癌基因抑癌基因的三重转变,关于p53的文章层出不穷,每当我们觉得离p53的真相接近之时才发现,p53仍是我们最熟悉的陌生人。最近的Nature,PNAS分别发表了p53最新研究进展,再度拉近了我们与p53真相间的距离。 关键字:P53基因;肿瘤;基因治疗;重组蛋白 Abstract Found so far in 1979, P53 has been thro
3、ugh 30 years of age, 30 years can be a long a short time, peoples understanding of the p53 gene has undergone cancer antigen protein - oncogene - tumor suppressor gene in the triple change, with regard to p53s Article after another whenever we feel the truth from the close of p53 only to find, p53 i
4、s still our most familiar strangers. Recent Nature, PNAS published p53 were recent progress, we once again closer to the distance between the truth and p53. Keywords: P53 gene; tumor; gene therapy; recombinant protein1 P53基因概述1.1 P53基因的发现 1979年,在大家都在研究SV40病毒的癌蛋白时,好几个科研小组都无意中分别独立发现了p53蛋白。当时在伦敦癌症研究所(L
5、ondon Research Institute)工作的David Lane和Lionel Crawford发现,用感染了SV40病毒的动物血清与SV40大T抗原发生免疫沉淀反应时能共沉淀下来一个分子量约为53kDa的宿主细胞蛋白。 另外三个科研小组也都在1979年同时发表文章报导了同样的结论,他们分别是法国的Pierre May科研小组、美国纽约的Robert Carroll科研小组和英国的Alan Smith科研小组。1.2 P53基因的命名 每个实验室分别给这种分子量为53 kDa的蛋白质取了各自的名字,并且使用这些名字发表了很多论文,这样就造成极大的混乱。 1983年在英国牛津举办的第
6、一届国际p53蛋白研讨会上,来自各国的代表专门就这个蛋白的命名进行了讨论。经过一番激烈争论之后,大家一致认为,p53这个名字最为合适,自此被保留下来一直沿用至今,其实p53这个名字根本就不是一个名字,只是因为这个蛋白在SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳试验中表现出的分子量大约为53 kDa才因此而得名。后来大家才发现,这个表观分子量其实也只是一个大概的估计,因为该蛋白富含脯氨酸,所以在SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳试验()中的迁移率偏慢,表现出来的分子量要比它实际的分子量大。该蛋白的实际分子量只有43.7 kDa,而小鼠体内p53蛋白的分子量会更小。但是谁又能够更改得了这个被大家使用已久的名字呢 .1.3 P
7、53基因三十年的发展史 最初10年里 , p53蛋白并非癌蛋白,而是抑癌蛋白 。 第二个10年里 , p53蛋白实际上是一种转录因子 。它在细胞周期的调控、凋亡、发育、分化、基因扩增、DNA重组、染色体隔离和细胞水平上的衰老相关。 在第三个10年里 ,又发现了p53蛋白的一些新功能,比如调控细胞代谢通路,调控与胚胎植入过程相关的细胞因子表达等等。 第四个“10年计划” 目标是基于p53蛋白开发抗癌药物 。研究动态 P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因,在短短的十多年里,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三个认识转变,现已认识 到,引起肿瘤形成或细胞转化的P5
8、3蛋白是P53基因突变的产物,是一种肿瘤促进因 子,它可以消除正常P53的功能,而野生型P53基因是一种抑癌基因,它的失活对肿瘤形成起重要作用。P53蛋白还分布于线粒体、核仁等结构,并且与细胞骨架有相互作用关系 . 重组人p53腺病毒()是一种基因工程改造过的活病毒,在结构上由两部分组成:一是抑癌基因p53,二是载体。载体是改造过的无复制能力的腺病毒。就像火箭携带卫星上太空一样,这种携带p53的腺病毒特异感染肿瘤细胞,它能有效地将治病的p53基因转入肿瘤细胞内,而对正常细胞无害。 今又生结合放疗治疗53例头颈鳞癌(),肿瘤完全消失率比单纯放疗的46例提高2倍。结合放疗治疗45例鼻咽癌(),肿瘤
9、完全消失率比单纯放疗的41例提高1.7倍。结合放疗治疗了4例不能手术的期子宫颈癌都达到肿瘤完全消失。结合放疗、化疗或热疗治疗各种软组织肉瘤()、消化系统腺癌、卵巢癌都取得一定的疗效,而这些病例都是经3大手段治疗失败的病人。使用今又生治疗恶性肿瘤,除出现暂时性自限性发烧外,未发现其他毒副反应。今后,全面的临床试验将在其他三级甲等医院有序展开,p53基因治疗已从实验室走向临床,走向产业化。 p53基因治疗肿瘤只是开了一个好头,为人类征服癌症带来了新的希望和曙光.2 P53基因的结构及表达2.1结构 P53基因在人类、猴、鸡和鼠等动物中相继发现后,对其进行了基因定位,人类 P53基因定位于17P13
10、.1,鼠P53定位于11号染色体,并在14号染色体上发现无功能的假基因(),进化程度迥异的动物中,P53有异常相似的基因结构,约20Kb长,都由11个 外显子和10个内含子组成,第1个外显子不编码,外显子2、4、5、7、8、分别编码5 个进化上高度保守的结构域,P53基因5个高度保守区即第1319、117142、17119 2、236258、270286编码区.正常的P53蛋白在细胞中易水解,野生型p53蛋白的半衰期很短,因此用免疫组化法检测()不到野生型p53蛋白,而突变型p53蛋白降解缓慢,代谢半衰期比较长,积聚在核内易于检测到,所以应用免疫组化检测的p53均为突变型,可作为多种癌的基因标
11、志。P53蛋白N端有一个与转录因子相似的酸性结构域,与GAL4()(GAL4是酵母转录启动蛋白Gal4的基因)的DNA结合区重组时,融合蛋白能启动GAL4操纵子转录,启动功能定位在P53第2040位密码子。P53细胞定位及反式启动功能提示,P53蛋白可能直接或通过与其他蛋白作用参与转录控制。进化程度迥异的动物中,P53有异常相似的基因结构,约20Kb长,都由11个外显子和10个内含子组成.P53基因转录成2.5KbmRNA,编码393个氨基酸蛋白,细胞内以四聚体形式存在。 分子量为53KD。p53基因的多态性常见于4号外显子的72位密码子。而4号外显子附近这个区域编码接近中央疏水区域的氨基,决
12、定蛋白的构象和DNA特异性结合。2.2表达P53基因转录成2.5KbmRNA,编码393个氨基酸蛋白, 分子量为53KD,P53基因的表达至少受转录及转录后二种水平的调控.在停泊生长或非 转化细胞中P53mRNA水平很低,但刺激胞液后mRNA显著增加.持续生长的细胞,其mRNA 水平不随细胞周期而出现明显变化,但经诱导分化后mRNA水平降低,部分是转录后调控.P53基因的转录由P1、P2二个启动子控制.P1启动子位于第一外显子上游100250bp, P2位于第一内含子内,在启动子中包含1个NF1蛋白结合位点和一个转录因子AP1相关 蛋白的结合位点,对正常P53基因的转录,不仅需要二个启动子的平
13、衡作用,而且P53 基因内含子也起作用,如内含子中有正调控作用,其调控有组织特异性. 53基因的表达至少受转录及转录后二种水平的调控.P53在正常细胞中表达量极低,但是当细胞受到低氧、紫外照射、化合物刺激等反应后表达量急剧增加并被启动,由于含有一段序列专一性DNA转录结合序列,作为转录因子,p53可调节大量靶基因的表达,从而影响细胞周期阻滞、凋亡、分化、静息、DNA损伤、血管生成和转移的抑制以及其他功能。P53蛋白野生型可抑制肿瘤生长,在正常细胞中表达极微,且半衰期仅10min左右。但p53基因突变后蛋白构型改变、稳定性增加、半衰期延长为216h,从而易在恶性细胞中堆积。许多p53基因正常的肿
14、瘤组织中,也常存在P53蛋白功能的丧失。如由于其他相关蛋白的过度表达(如MDM2)并与P53蛋白结合,或是P53活化必须的辅助因子缺失,或是P53蛋白被阻滞不能进入细胞核,甚至p53基因本身转录被抑制等,都可使P53蛋白失活。因此野生型P53蛋白功能的缺失是肿瘤发生的必要条件。p53基因位于人类染色体17p131,启动子不含C盒、TATA盒和GC盒等常见启动序列。2.3失表达TP53()基因突变是其功能失活的主要原因,至今已发现400多种TP53基因突变类型,其中147种与胃肠道肿瘤有关,而最常见的突变方式是点突变。通过分析大量肿瘤病例中的TP53突变位点,证实肿瘤中95.1%的p53点突变位
15、点发生在高度保守的DNA结合区,尤以第175、245、248、249、273和282位点的突变率最高()。此外,某些点突变改变了p53的空间构象,影响了p53蛋白与MDM2和p300等蛋白的相互作用。另一些点突变发生在p53的核定位信号区,使p53无法进入细胞核发挥转录启动的功能。不同肿瘤的TP53基因突变位点并不一致,例如:结肠癌中G:CA:T转换占到79%;在乳腺癌中,GT颠换占到1/4,而这种突变在结肠癌十分少见;淋巴瘤和白血病的TP53基因突变方式与结肠癌相似;在肺癌中G:CT:A突变最普遍,而食道癌中发生GT颠换的频率很高。3 P53基因的功能 3.1 阻滞细胞周期在细胞周期中,P5
16、3的调节功能主要体现在G1和G2/M期校正点的监测,与转录启动作用密切相关。P53下游基因P21编码蛋白是一个依赖Cyclin()(细胞周期蛋白)的蛋白激酶抑制剂,一方面P21可与一系列Cyclin-cdk (细胞周期蛋白依赖性激酶)复合物结合,抑制相应的蛋白激酶活性,导致高磷酸化Rb 蛋白(视网膜母细胞瘤蛋白)堆积,后者使E2F()转录因子(参与细胞周期调控的细胞因子)不能活化,引起G1期阻滞;另外P53的另外3个下游基因Cyclin B1,CADD45 和14-3-3 则参与G2/M期阻滞。 3.2 促进细胞调亡Bcl-2(调控线粒体外膜通透性的基因家族)可阻止凋亡形成因子如细胞色素C等从
17、线粒体释放出来,具有抗凋亡作用,而Bax(促凋亡基因)可与线粒体上的电压依赖性离子通道相互作用,介导细胞色素c的释放,具有凋亡作用,p53可以上调Bax的表达水平,以及下调Bcl-2的表达共同完成促进细胞凋亡作用。P53还可通过死亡信号受体蛋白途径诱导凋亡,TNF受体(在真核细胞表达具有生物活性的可溶性肿瘤坏死因子)和Fas蛋白(一种细胞膜抗原,主要功能是介导细胞凋亡)。3.3 维持基因组稳定DNA受损后,由于错配修复的累积,导致基因组不稳定,遗传信息发生改变。P53可参与DNA的修复过程,其DNA结合结构域本身具有核酸内切酶的活性,可切除错配核苷酸,结合并调节核苷酸内切修复因子XPB和XPD
18、的活性,影响其DNA重组和修复功能。 3.4 抑制肿瘤血管生成肿瘤生长到一定程度后,可以通过自分泌途径形成促血管生成因子,刺激营养血管在瘤体实质内增生。P53蛋白能刺激抑制血管生成基因Smad4()等表达,抑制肿瘤血管形成。在肿瘤进展阶段,P53基因突变导致新生血管生成,有利于肿瘤的快速生长,这常常是肿瘤进入晚期的表现。p53既可阻滞细胞周期,也可诱导细胞凋亡。两种作用方式都是为了维护基因组的稳定,但二者的性质截然不同。前者是为DNA的修复或某种应激状态的改善创造时机。即便不能完全修复DNA的损伤,只要还能容忍,细胞依旧可以存活,但可能会留下基因组不稳定的后患;后者则是从根本上去除造成基因组不
19、稳定的因素,以绝后患。显然,p53的这两种作用方式不能同时并存,二者之间有选择。究竟p53在被启动后选择何种作用方式,要由活性p53的数量与应激细胞的损伤程度两方面来决定。当通过暂时转染方式让p53在肿瘤细胞内高水平表达时,即可诱导凋亡;而采用温度敏感突变或可诱导系统让p53低水平表达时,则只能导致细胞周期阻滞。但从根本上讲,应激细胞的DNA损伤程度等因素才是决定p53选择何种作用方式的关键。3.5 P53基因信号通路 抑瘤制基因p53具有序列特异性,直接作用于不同细胞好病毒的蛋白质,在DNA损害时,可诱导细胞周期阻滞。面对不同基因毒性产生的信号(例如,紫外线照射或DNA损伤)时,p53被翻译
20、产生p53蛋白,并经历翻译后修饰,从而其在细胞核中逐渐积累。p53基因对维持基因的稳定性有十分重要的作用。它可以通过永久地抑制细胞或细胞凋亡来消灭已经损伤的细胞。例如,gamma射线启动p53,开启p21 CIP1基因 (癌基因)的转录,同时,结合并抑制细胞周期蛋白依赖性激酶,导致视网膜母细胞瘤低度磷酸化,从而阻断E2F()的释放,同时阻滞G1期向S期的过渡。P53的某些细胞效应能够通过c-Myc, Bcl-2, 或者 E2F的自由表达被阻止。P53的活性由Mdm2参与自动调控环路所控制。Mdm2(一种癌基因,而且mdm2突变与P53突变不共存,mdm2扩增与肿瘤转移密切相关)和P53 结合是
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