ras癌基因

ras癌基因参与人类肿瘤的发生发展,它最初是在急性转化性逆转录病毒实验中,从Harvey、Kirsten两株大鼠肉瘤病毒中克隆出的转化基因,自82年Weinberg等人发现其中有活化的H-ras基因后,引起了人们对ras癌基因在人类肿瘤发生、发展中所起作用的极大关注。经十余年研究认为,ras癌基因参予细胞生长和分化的调控,参与多种肿瘤的形成与发展。

ras基因家族与人类肿瘤相关的特征性基因有三种,即H-ras、K-ras和N-ras,它们分别定位于11、12、1号染色体,前二者是大鼠肉瘤病毒的转化基因,后者是从人 神经母细胞瘤中分离得到的。

ras家族的基因所共有的特征为:(1)基因组中均含有4个编码的外显子和1个5'端非编码外显子.(2)外显子所编码的蛋白为188-189个氨基酸残基,分子量为21KD即P21 蛋白,此蛋白具有高度特异性和同源性,尤其在氨基酸序列的前80个氨基酸残基中,几乎无种属间差别,具有高度保守性。

正常ras蛋白具有以下特点:(1)P21ras位于细胞膜的内侧面,以软脂酸共价键形 式固定于脂质双层膜的内表面;(2)对GTP(三磷酸鸟苷)和GDP(二磷酸鸟苷)具有高度亲 和力,并具有同源性GTP酶的活性.ras蛋白的这些生化性质与G蛋白非常类似,而G蛋 白具有从膜结合受体到腺苷酸环化过程的信号传导作用,提示ras蛋白可能也具有信 号传导通路的作用,但尚未发现ras蛋白作用的特异受体和靶细胞有人推测在哺 乳动物细胞中ras蛋白作用的靶分子很可能是磷脂酶C(磷脂酚肌醇,磷脂分解中的关 键酶)是生长信号传递途径的一个重要成份,它被激活后可将4.5-二磷酸磷脂酰肌醇 (PIP2)裂解成三磷酸肌醇(IP3)和甘油二酯(DG),时IP3和DG是促进细胞增殖的第二信 使。现已证实,在ras癌基因转化的细胞中,IP3,DG和PIP2的含量均明显多于未转化的细胞。

原癌基因的激活过程称为活化,活化后的ras基因能使鼠NIH/3T3细胞系转化为肿瘤细胞。在过去几年中,对从肿瘤DNA中分离的活化ras基因,以及体外实验中所获得 的正常ras基因进行了较深入的研究,认为ras基因活化的主要方式有:(1)编码区内的 突变.(2)插入激活。

ras基因家族的激活方式以点突变为主,在实体瘤中占10~15%.较 公认的ras基因突变点位于三种ras基因的第12、13、59或61位氨基酸密码子.Seeburg 等采用定点突变技术,对H-ras基因第12位密码子一甘氨酸的所有置换氨基酸的可能性进行了分析,结果表明,此位点上,除置换氨基酸为脯氨酸外,其余的置换氨基酸均具有转化潜能,但有程度差异,在肿瘤中尚未发现二个或三个碱基同 时突变。

在ras基因附近插入一个强起动子(Promoter)或增强子(enhaner)可使 ras基因表达增强。

正常基因的扩增或非编码外显子的缺失也能使ras基因呈高表达,但这两种方式在ras基因激活中较少见。

4.活化ras蛋白的生化性质ras基因的任何突变使正常的ras蛋白转变为能够使 NIH/3T3细胞转化的蛋白,从生化角度上讲,这种突变激活可分为二种:(1)突变失去内在的GTP酶活性;(2)突变改变了对GDP和GTP的亲和力.ras蛋白功能取决于编码蛋白 的基因序列和与之密切相关的结构域.突变激活的常见位点多集中在GTP、GDP结合的结构域附近。这种结构的改变导致了ras蛋白的功能异常,ras蛋白有活化和 非活化两种形式,通常情况下,细胞内的ras蛋白分子处于非活化状态.此状态下的 ras蛋白特征是具有能够与GDP相结合的构象.在它们受到信号传递通道上游某一外界 因子的刺激时,便使GDP变成GTP,随后ras蛋白发生构象改变,成为其活化状态。活化 的ras蛋白与效应分子相互作用,实现生长信号的传递。而且这种作用发生,活化的 ras蛋白会迅速失活,转变为与GDP结合的非活化形式.此过程主要是ras蛋白自身的 GTP酶作用,它能催化GTP水解,使活化ras蛋白能立即转变成为非活化状态的ras蛋白.P21 蛋白通过与GDP和GTP结合并水解GTP完成其对正常细胞生长信号的传递和调节功能, ras基因的突变可扰乱正常状态下活化与非活化ras蛋白的这种平衡机制,使正常非活 化的ras蛋白转变成活化形式,实际上,ras基因的12、13、61位密码子的活化突变常 不影响P21蛋白与GDP和GTP的结合,但却降低了P21蛋白自身GTP酶活性,使其水解GTP 的速效大为降低,不断激活靶分子,从而使ras蛋白维持于活化状态,引起信号传导 的持续效应,导致细胞大量增殖,而发生恶性转化。从理论上讲,使ras蛋白维持于活 化状态有三种可能机制.(1)ras蛋白自身GTP酶活性降低,使GTP103水解减少;(2)GDP 与GTP间的交换增加;(3)某种机制诱导了不需与鸟嘌呤核苷酸结合的ras蛋白的活化构 象.还有人推测,ras蛋白的调节机制可能与其本身所具有的一种“开放”.“关闭” 构型有关,构型处于“开放”时,能活跃地传导特定的生长信号而“关闭”时则不能 传导.如关键位点C12、13或61位密子)发生点突变,则使这种构型的开关不能再回转 到闭合状态,使活化的ras蛋白持续传导一种不适当的生长信号。

自82年以来,已经在膀胱癌、乳腺症、结肠癌、肾癌、肝癌、肺癌、胰腺癌、胃癌、及造血系统肿瘤中,均检测出了ras癌基因的异常.Pulciani等的研究结果表明, 被检肿瘤DNA中所含活化ras基因仅占10~20%,似乎ras癌基因在人类肿瘤发生发展中 并非起主要作用.事实上,ras癌基因参予多种肿瘤的发生发展,只不过突变率相差很 大.(1)不同肿瘤类型,ras癌基因的突变率相差明显,如最高可达90%(胰腺癌),其次 是甲状腺癌(53%)和结肠癌(47%).(2)突变ras癌基因的种类与某些肿病类型密切相 关,即有优势激活现象.如胰腺癌、结肠癌、肺癌等以K-ras突变为主,造血系统肿瘤 多发现N-ras的突变,泌尿系肿瘤则以H-ras突变为主,资料表明,rasH和rasK 的表达不仅与膀胱癌、肾盂癌、肺癌、结肠癌、有密切的关系,而且也与胆囊癌、胰 腺癌、肾母细胞癌、慢性淋巴细胞白血病,黑色素瘤形成密切相关,N-ras表达水平 上升虽然主要发生在造血系统的恶性肿瘤中,如APL、AML、BL,但在神经母细胞瘤、 纤维肉瘤,横纹肌肉瘤中的表达也有一定的上升,并认为是这些肿瘤形成的主要原 因。因此,检测ras突变对了解肿瘤的发生发展,以及监测恶性肿瘤的治疗效果具有 重大意义,对临床工作具有重要指导意义。

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