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癌基因之间的功能互补

时间:2022-09-29 百科知识 版权反馈
【摘要】:这种观点的实质是认为单个癌基因是难以使细胞获得癌变所必需的全部性状的。显而易见,病毒源的T基因和细胞源的活化癌基因ras发生了功能互补,一起协同导致寄主细胞发生了完全的恶性转化。当然,这并不排除用新的方法可能检出第三类与恶性转化和致瘤有关的癌基因。

以温伯格和巴瓦西德为代表的一批分子生物学家的突破性工作给人们以极大的鼓舞,大家期待着癌变的本质会很快搞清楚,1982年被称为“癌基因”年。然而时隔不久情况起了意外的变化,几乎不到一年,整个图像有了根本的改观。新的探索突破了人们刚刚形成的概念,迫使人们进一步去认识复杂的致癌过程。

当人们用活化的癌基因ras(v-Ha-ras、EJ -onc、T-24-onc等)转染NIH3T3细胞就会获得相当数量的恶性转化细胞集落。发生转化的细胞形态和代谢都发生了明显的改变,且都具有恶性生长特征。可是,用同样的活化ras基因转染大鼠胚胎成纤维细胞(REF)时,却始终没有出现任何转化细胞集落灶。据此可提出以下几个问题。

第一个问题,是不是活化的ras DNA没有进入REF细胞?不是的。当活化的癌基因和霉酚酸抗性基因MR做协同转化实验时,发现80%的携有抗性基因的REF受体细胞能在软琼脂上生长,而未经活化癌基因转化的REF细胞是不能在软琼脂上生长的。这表明活化的癌基因不但进入了一部分REF细胞还使这些细胞获得了新的表型,这是活化癌基因在REF细胞中表达的结果。问题是REF细胞在获取活化癌基因后,不能像NIH3T3那样成为转化细胞,也不能在细胞单层上形成转化细胞集落。实验还表明携有活化癌基因的REF细胞不同于NIH3T3,它不能在离体条件下无限生长(immortalization)。当用其他的癌基因做类似的转化实验时,人们惊讶地发现几乎每一种癌基因都不能直接引起REF这样的细胞恶性转化。

第二个问题,难道癌基因只能使NIH3T3细胞发生恶性转化吗?比较癌基因对REF细胞和NIH3T3细胞的转化实验,所不同的只是两种受体细胞性质不同。NIH3T3是一种已经建立的且能在离体条件下无限生长的细胞系,它能和活化的ras基因合作,一步就使恶性转化得以完成。换句话讲,已经建立的且能在离体条件下无限生长的细胞的一种功能状态可能是活化了某些与转化性状表现相关的基因,这些基因和外源的活化ras基因的功能联合在一起就能使细胞发生完全的恶性转化。这种思想反映了癌变是一个多阶段的发展过程。这种观点的实质是认为单个癌基因是难以使细胞获得癌变所必需的全部性状的。

有关病毒致癌的研究表明,有些肿瘤病毒,如多瘤病毒或腺病毒的感染会使寄主细胞获得离体条件下无限生长的能力。例如,在多瘤病毒感染的细胞至少有三种与肿瘤发生有关的特异性抗原基因,或者可称为肿瘤抗原基因(tumour antigengene)表达了功能。根据这些抗原分子量的大小,分别称为大T(T)、中T(mT)和小T(t)抗原基因,利用分子克隆技术可以分别得到这三种基因的分子克隆。转化实验表明mT抗原基因能诱导受体细胞发生形态学转化,并获得在软琼脂上生长的能力,而T抗原基因能使受体细胞的生长不依赖血清生长因子,并能在离体条件下无限生长。这个实验和其他类似的实验有着很重要的科学内涵,它说明与细胞恶性转化有关的重要性状是能够归之于一个个具体的病毒癌基因的。

根据上述一系列研究结果,温伯格实验室的兰德(H.Land)做了一组很有启发的实验。

(1)(mT基因+活化Ha-ras)→协同转染REF细胞→不产生新的性状。

(2)(T基因+活化Ha-ras)→协同转染REF细胞→形成转化细胞集落。将第二个实验中获得的转化细胞DNA提出来接种裸鼠是能诱发肿瘤的。显而易见,病毒源的T基因和细胞源的活化癌基因ras发生了功能互补,一起协同导致寄主细胞发生了完全的恶性转化。不久,鲁勒(H.Ruley)发现腺病毒的癌基因Ela和活化的细胞原癌基因ras也能发生功能互补而导致受体细胞完全转化。

这就产生了一个新的课题:一个活化的细胞原癌基因和一个病毒原癌基因互补可以引起细胞恶性转化,那么细胞基因组内是否也有像Ela或T那样能和活化的ras发生功能互补的癌基因呢?库珀和奈曼(P.E.Neiman)发现鸡的淋巴瘤细胞携有两个癌基因:Blyn和myc,细胞源myc基因是可以由病毒活化的。不久,温伯格实验室还发现人的早幼粒细胞白血病(前髓细胞白血病),以及美洲伯基特淋巴瘤(Burkitt lymphoma)细胞中,同时存在两个活化的癌基因:一个是与Ha-ras同源的N-ras,另一个是myc。这些实验暗示人们myc是不是可以和ras互补?利用分子病毒学家毕晓普(M.Bishop)提供的myc基因的分子克隆,温伯格小组又做了两个实验。

(1)myc基因转化REF细胞,不产生明显的变化。

(2)myc基因和活化ras基因协同转染REF细胞,形成转化细胞集落灶,转化细胞能使裸鼠致癌。表明myc和ras合在一起使转化细胞获得了恶性转化活性和致瘤活性。

这些研究告诉我们,myc和ras合在一起能干出它们单独干不了的事情——使细胞恶转。那么,是不是它们各自决定了致癌多阶段步骤中的一步呢?至少有一点是清楚的,细胞中的癌基因是多种多样的,它们在使细胞恶转中所起的作用也是各不相同的。我们或许可以问,导致细胞恶性转化至少必须有几种不同的癌基因协同表达?上述实验表明,ras和myc的协同表达就可以使细胞恶转。当然,这并不排除用新的方法可能检出第三类与恶性转化和致瘤有关的癌基因。

如果我们把细胞的恶性转化作为检测的表型指标,以能不能和myc或者ras互补作为判别的依据,就可以把已知的癌基因划分为两大类群,分别属于不同类群的癌基因在致癌过程中能进行功能互补。

ras群(能和myc互补的癌基因群):包括H-ras、K-ras、N-ras、mT、fes(猫肉瘤病毒癌基因)和src等。

myc群(能和ras互补的癌基因群):包括myc 、T、Ela、sis(猴肉瘤病毒癌基因)、mos(Moloney小鼠肉瘤病毒癌基因)和fms(McDorough猫肉瘤病毒癌基因)等。

研究还表明myc类基因编码的是核内蛋白,这些核内蛋白通过控制转录来激活某些与细胞增殖有关的基因,使细胞获得在离体条件下无限生长的能力。ras类基因编码的是胞质蛋白,往往位于细胞质膜的内侧,造成细胞形态转化,并使细胞获得悬浮生长的能力。

图8-8显示了myc和ras之间在转基因小鼠的肿瘤发生发展过程中的协同作用。图中蓝、绿和红三色曲线分别表示转入了高度活化的myc基因、ras基因,以及同时转入了myc和ras基因的小鼠的患瘤情况。实验中无肿瘤小鼠的百分比与小鼠年龄之间的关联提示myc和ras的作用方式可能是不同的,但在转基因小鼠致瘤过程中存在明显的协同效应。

图8-8 癌基因myc和ras之间在肿瘤发生发展过程中的协同作用(引自E.Sinn等)

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