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Molecular Biology
Chapter 17: Cell Proliferation
17.10:
异常增殖
在正常情况下,大多数成体细胞保持非增殖状态,除非受到内部或外部因素的刺激来替换丢失的细胞。异常细胞增殖是指细胞的生长超过正常细胞并且与正常细胞不协调的情况。在这种情况下,即使在刺激停止后,细胞分裂仍以同样的过度方式持续存在,从而导致持续性肿瘤。肿瘤起源于受损的细胞,这些细胞通过复制将损伤传递给子细胞和所有未来的子细胞。这种异常的细胞增殖定义了我们所说的癌症的特征。解释这种情况的最好例子是 Ras 和 MYC 蛋白的突变。
正常 Ras 蛋白是 GTP 酶,在从细胞表面受体到细胞内部的信号转导中发挥作用。Ras 蛋白可以表示为细胞生长过程中在 ON 和 OFF 状态之间循环的二进制开关。通常,这些开关受到严格调节,但在 Ras 相关疾病(如癌症)中,Ras 基因突变或其调节因子使 Ras 蛋白持续活跃。例如,K-Ras 蛋白(一种 Ras 蛋白)中的单个氨基酸错义突变会损害其正常功能。突变体 K-Ras 不能失活,导致持续的生长刺激。K-Ras 突变发生在 15%-20% 的人类癌症中,最常见于结肠癌、肺癌、胰腺癌和白血病。
当突变导致 MYC 蛋白过表达时,也会发生异常细胞增殖。MYC 癌基因属于”超级转录因子”家族,在超过 50% 的人类癌症中失调。MYC 影响一系列细胞功能,包括蛋白质翻译、细胞周期进程、核糖体生物合成、细胞增殖、分化、存活和免疫监视。
细胞具有称为肿瘤抑制基因的特殊基因,可以中和有害基因改变的影响并防止不受控制的细胞增殖。
例如,p53 是一种肿瘤抑制基因,在正常细胞条件下维持基础表达水平。
Mdm2 蛋白是 p53 活性的负调节因子。它与 p53 蛋白的功能结构域结合,降低其转录活性。
Mdm2 还表现出 p53 特异性泛素连接酶活性,并催化泛素与 p53 的结合。然后,多泛素化的 p53 蛋白被蛋白酶体识别并降解,使其在细胞内维持在极低水平。
然而,当细胞遇到异常情况(如细胞应激或过度有丝分裂刺激)时,p53 基因被诱导以增强其肿瘤抑制活性。
例如,核仁中转录因子 Myc 的过表达会触发一种称为 Arf 的肿瘤抑制蛋白的积累。
Arf 直接与 Mdm2 结合,抑制其泛素连接酶活性并将其隔离在核仁中,从而将活性 p53 释放到核质中。
然后,活性 p53 与特定的 DNA 序列结合并诱导其靶基因的表达,从而触发加速 DNA 修复、阻止细胞周期或诱导细胞凋亡,从而防止受损细胞的进一步繁殖。
然而,当遗传或表观遗传变化改变 p53 活性时,会导致细胞保护机制崩溃。这些细胞开始侵袭性增殖并形成肿瘤。
此外,在脂肪肉瘤中也经常观察到 Mdm2 的过表达。尽管此类肿瘤保留了正常的 p53 基因,但 Mdm2 水平的增加使 p53 处于非活性状态,因此限制了它们的肿瘤抑制活性。
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