肿瘤的生物学特性.ppt
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1、肿瘤的生物学特性增生、浸润与转移,一、肿瘤的概念:,以往概念:(现象)机体组织细胞 物理 各种致癌、促癌因素 化学 生物学 持续异常增生 新生长物/新生物 无止境异常增生(neogrowth/neoplasm)失分化 功能不协调,目前概念:(本质)1.多基因参与,通常2个/2个以上癌/抑制基因(除Rb例外)按一定方式组合 例如:结肠癌 脑胶质瘤 肺癌 APC P53 RAS RAS Interferons c-myc P53 MTS1 erb2(EGFR)DCC MTS2 Rb EGFR P53 3P,基因改变:缺失(等位基因杂合子、纯合子缺失)重排 断裂 突变(误义、无义、丢失、插入、接驳)
2、改变结果:原癌基因激活 抑癌基因失活,2.多步骤发生,一次性严重DNA损伤 细胞死亡 多次性突变 细胞转化 恶性细胞克隆*肿瘤是一种多基因、经历多步骤突变所起的细胞克隆性 进化性疾病,3.细胞周期失控:许多原癌/抑制基因直接/间接参与细胞 周期调控 原癌/抑制基因突变 细胞周期失控 增生过多 凋亡过少 肿瘤形成*肿瘤是一类细胞周期疾病,综上所述:肿瘤是多基因经历多步骤变化导致细胞周期紊乱,使细胞失控性生长而形成的新生物(新生长物)不同致癌(促癌)因素 不同部位不同基因改变 不同器官 的肿瘤 不同组织类型(具有不同的生物学特性)失控性增生恶性肿瘤的共同生物学特性 浸润 转移,二 肿瘤细胞失控性增
3、生(一)细胞周期(cell cycle)合 成 物 质 水 平 蛋白质 RNA DNA 细胞间期 G1(DNA合成前期)(interphase)(DNA合成期)G2(DNA合成后期)有丝分裂期 M(mitosis)静止期 Go 细胞离开细胞分裂周期,处于静止状态,(quiescence)但保持增殖能力 G1 G2 Go M,有丝分裂期(mitosis)前期 染色体凝集,中心粒移向核两端,核 prophase 仁解体,核膜消失 中期 纺锤体形成,染色体排列在中间,形 metaphase 成赤道板 后期 姐妹染色体分开,移向两极 anaphase 末期 子核形成,胞质分裂 telophase,(二
4、)细胞周期调控机理 1.细胞周期调控机制的核心 CDKs(cyclin-dependent kinase)CDKs:一组由CDK基因所编码的蛋白激酶,细胞周期素 依赖性激酶 这组蛋白激酶的共同特性,主要是:大小非常接近,分子量在3540KD;40以上氨基酸相同;主要功能均在细胞周期调控中起核心作用 人类CDKS已发现的主要成员有:CDK1(CDC2)CDK5 CDK2 CDK6 CDK4 CDK7,CDKs主要功能:各自在细胞周期的特定时间被激活,对相应底物磷酸化,从而驱动细胞完成生长、分裂这一完整的细胞周期;CDKs在发挥细胞周期调控作用的整个过程中,含量不变,活性/非活性比例变化。,CDK
5、S活性状态的调控:Cyclins CKI(1)cyclin 的起伏 CAK Weel/cdc25,+(2)CAK的磷酸化,CDKs(3)Weel/cdc25磷酸化/去磷酸化,+(4)CKIs的抑制,(1)cyclins对CDKS 活性的调控 cyclins是调控CDKS在细胞周期呈特定时间激活(时相性 激活)的关键因子,人类cyclins(细胞周期素)主要成员有:cyclin D1.2.3(由CCND1.CCND2.CCND3基因编码)cyclin E cyclin A cyclin B1 cyclins对CDK的调控机理:,cyclins水平在细胞周期呈时相性起伏 cyclins分别在细胞周
6、期不同时相呈高峰表达:,特定的CDK被特定的cyclin结合并激活 cyclin D1.2.3/CDK2.4.5.6 它们的结合 G1期运行必要条件 cyclin E/CDK2 S 期启动 cyclin A/CDK2 G2期启动,运行 cyclin B1/CDC2(CDK1)M 期启动,运行,调节亚单位 催化亚单位,Cyclin CDK cyclin-CDK复合物(非活性态)(活性态),cyclin的分子结构(功能区)细胞周期素盒*与CDK结合区域(cyclin box)(调节亚单位,100aa)裂解盒 控制cyclin降解(destruction box)特别区间 引导CDK到特定底物/部位
7、*若该区突变,则调节CDK功能丧失,CDK的分子结构(功能区)催化亚单位,300aa,在该区内 CDK2:Thr 160(苏)CDK1:Thr 161(苏)非活化态下:活化态下:“T”环遮盖 该处被暴露才有可能 被磷酸化而激活,(由CAK完成),(2)CAK对cyclin-CDK复合物中CDKThr160/161的磷酸化 CAK:cyclin-dependent kinase-activated kinase CDK激活性蛋白激酶 结构:其分子结构是一种cyclin-CDK 复合物 调节亚单位 催化亚单位 cyclin H CDK7(MO 15)为高度保守的CDK相关蛋白激酶,机理:CAK中C
8、DK7-thr170的磷酸化是发挥CAK激酶 活性的关键(也象其它cyclin-CDK 复合物激活 原理一样),能激活所有cyclin-CDK cyclin D-CDK4-thr160 cyclin H-CDK7-Thr170 cyclin D-CDK2-thr160(CAK)cyclin E-CDK2-thr160 cyclin A-CDK2-thr160 cyclin B1-CDC2-thr161 例:pRb-E2F pRb-+E2F,(3)Weel/CDC25 对cyclin-CDK复合物中 CDK-thr 14/tyr15*的磷酸化/去磷酸化 Weel CDC25 作用:促进底物磷酸化
9、 使底物去磷酸化 发挥对CDK的调控*CDK分子近NH4 端 CDC2Thr14(苏氨酸残端)CDK2Tyr15(酪氨酸残端)Weel/CDC25是一对作用相反的酶,通过控制 CDK-Thr14/tyr15的磷酸化/去磷酸化,进一步控制CDK的活性,(4)CKIs对CDK活性的负调节(抑制)作用CKIs细胞周期依赖性蛋白激酶抑制物(CDK inhibitor)由CKI基因编码的蛋白质家族分类 P21 CIP1/WAF1 P16 INK P27K2P1 P15INK4 序列同源性 40 3882功能:与CDK2、CDK4抑制有关 与CDK4、CDK6抑制有关 机理:未确切清楚,个别情况如下:P1
10、6INK4+CDK4 P16INK4-CDK4,CDK4+cyclin X,CKI cyclin-CDK cyclin-CDK-CKI,大多数情况如下:,生理性调节:TGF-P15 cAMP P16(转录水平)cyclin-CDK P27(转录后水平)EGF(Go 期)PDGF P21(转录水平)FGF,CKI蛋白水平变化:细胞周期时相起伏(与cyclins似)当细胞周期在G1/S交界处,泛肽化依赖性蛋白质水解 机制 CKI降解 细胞进入S期,综上所述:细胞周期能够运行完成细胞周期,从G1 S G2 M 最终使细胞一分为二,是依靠上述的四方面机制:cyclins、CAK、Weel/CDC25、
11、CKI调控处于不同 时期的CDKs的活性状态而实施的,其中CDKs的激活 是整个事件的关键。然而,细胞能否进入细胞周期 的运行,运行过程是否忠实无误,则还有赖于细胞 周期的驱动和监控两方面。,2细胞周期的驱动机制(R点的通过)目的:启动G1 S(Restriction point),综上所见:pRb为主要制动分子,通过pRb的磷酸化状态 控制细胞周期的启动 周期启动前:低磷酸化pRb/E2F 周期启动时:CDK4激活 pRb+E2F pRb失去对细胞周期的抑制 结果:细胞周期跨过R点从G1 S E2F启动S期DNA合成、转录及相关蛋白合成,3细胞周期的监控机制(检测点的检测作用)目的:检测DN
12、A复制的 忠实性(check point)(1)检测点的类型:从功能角度:DNA损伤检测点:检测DNA损伤、修复/合成错误 时相次序检测点:确保细胞周期时相的严格次序,不重复性 从机制角度:传感器部分:发现DNA损伤/错误,转换成信号传到下一部分;制动部分:根据发现问题的信号制动细胞周期停顿;检修部分:对DNA损伤/错误部分作修理;处理部分:根据修检结果,决定细胞的归宿 检修好 继续以后的细胞周期 无法检修 凋亡,(2)DNA损伤检测的机制 G1期检测点的监控:各种损伤因素 DNA损伤 信号 P53蛋白 P21WAF1 结合 cyclin-CDK-p21 WAF1 物理(放射线)(转录水平调节
13、)化学(缺氧)生物(病毒)结果:抑制细胞G1 S向前运行,为DNA修复提供足够的时间。(P21 WAF1为细胞周期通用性抑制物 可在多个周期时相发挥作用),G2期检测点的监控:DNA损伤 激活 hATM/hATR(蛋白激酶)chk1(蛋白激酶)CDC25-ser.216(磷酸酶)+1433蛋白(1433)-CDC25-Ser-216(CDC25失活)cyclnB1/CDC2-thr14/tyr15 cyclinB1/CDC2-thr14/tyr15-结果:CDC2不能被激活,抑制细胞G2 M,而中止于G2期,(3)时相次序检测的监控 通过不同类型的cyclin呈时相性起伏,特异性地结合特 定的
14、CDK,从而使CDK呈时相地激活,有序地推进细 胞周期时相运行;S期和G2-M期分别有不同的促进因子 SPF(S-phase promoting factor)和 MPF(M-phase promoting factor)分别承担不同的功能 SPF:存在于S期,诱发G1 S期,不能使G2 S期 MPF:存在于G2-M期,诱发G2期细胞进行有丝分裂,S期启动DNA复制步骤的检测 首先:PreRC(pre-replication complex)复制前复合物组装 由ORC(origin recognition complex,起始部位识别复合物)事先结合于DNA复制的起始部位 CDC6p 到达DN
15、A复制起始部位,催化Mcm结合到DNA 复制起始部位 Mcm 三组蛋白组合成Pre-RC,只有Pre-RC组装完成才能进行下一步 第二:S期CDK/DDK(不同的蛋白激酶)被激活后 启动 DNA复制,同时,S、M期CDK的激活 Pre-RC再组装 上述结果:保证细胞周期按序进行S期的DNA复制,且只能一次,M期完成有丝分裂步骤的检测 主要是由APC(anaphase promoting complex 又称cyclosome,有丝分裂后 期促进复合物)承担 首先:第二:M期CDK激活 APC激活 泛肽化途径 有丝分裂后期的抑制物降解(识别含裂解盒蛋白)Pdslp 与姊妹染色体分离有关 cutz
16、p Aselp 与后期纺锤体有关 Polo/CDC5 促M期蛋白的激酶 M期cyclin结果:姊妹染色体分离,形成两个子细胞 APC活性至G1期为止,使G1期CDK能累积 M期cyclin 水解,松解了pre-RC组装的抑制 为下一周期作准备,综上所述:细胞周期是由一系列瀑布式的CDK激活所驱动。CDK的激活主要受cyclin、CAK、Weel/CDC25 和CKI 等方面的调控;而在细胞周期演过程中,同时受到R点的制约和G1、G2检测点和时相次 序的监控,确保细胞周期适时运行和忠实复制,最终能精确地完成细胞的生长与分裂。,(二)细胞周期的失控与肿瘤由上可见细胞周期的调控是相当复杂、精密的,一
17、旦涉及细胞周期启动、运行及监控过程的的任何改变,即使是很微小的改变,都是可能引起细胞周期的紊乱,包括:遗传物质DNA合成的改变(质方面)细胞周期不受控的运行(量方面)这些改变的逐步积累,最终导致肿瘤的形成,并赋予肿瘤细胞失控性增生的特性。,3与细胞周期监控有关基因/蛋白异常与肿瘤 P53 基因突变 50以上人类肿瘤 皮肤病、胃癌、结肠癌、肺癌、鼻咽癌 基因缺失 肺癌、乳癌、结肠直肠癌、膀胱癌、胆囊癌、鼻咽癌 蛋白灭活 宫颈癌、外阴癌、腮腺、鼻咽癌(病毒蛋白结合),三、肿瘤的浸润(一)肿瘤浸润的概念肿瘤细胞及代谢产物 侵入、破坏(宿主)周围正常组织,并在该处增生浸润是恶性肿瘤的生物学行为之一,是
18、转移的前奏;浸润是肿瘤细胞与宿主之间相互作用的结果。,(二)肿瘤浸润的过程 主要包括:粘连 降解 移动 增生 1.粘连:(以癌为例)癌细胞突破基底膜前,首先要粘 附于基底膜上。影响细胞粘连的因素 癌细胞本身的生物学特性 基质成分的介导,细胞外基质种类 基底膜 基板:致密的胶原蛋白(IV)及基质(extra cell matrix)网板:网状纤维及基质 间隙基质 成分 胶原蛋白(已知14型):I、II、III型为间隙(collagen)基质,IV型为基底膜 糖蛋白:包括 Laminin(LN,层连蛋白)*(glycoprotein)Fibronectin(FN,纤维连接蛋白),*Laminin是
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- 肿瘤 生物学 特性
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