北京大学分生笔记3

3 核定位信号：内部，常为碱性氨基酸加脯氨酸链两部分构成。
如SV40 T 抗原：pro-lys-lys-lys-Arg-lys(127-132)
第四章原癌基因与抑癌基因
第一节概述
病毒致癌作用，病毒癌基因Viral oncogene，V-onc).。
细咆癌基因(cellular oncogene ，c-onc)或原癌基因(protoncogene)
—正常细胞中与v-onc同源的基因，
抑癌基因(tumor suppressor gene)：是指由于其存在和表达而抑制细胞癌变的基因。
原癌基因与抑癌基因生物学性质差异：
1．功能：抑癌基因在细胞生长中起负调节作用，抑制增殖、促进分化成熟与衰老，或引导多余细胞进入程序性细胞死亡(PCD)，原癌基因的作用则相反．
2．遗传方式：原癌基因是显性的，激活后即参与促进细胞增殖和癌变过程，而抑癌基因为隐性，只有发生纯合失活时才失去抑癌功能．
3．突变的细胞类型：抑癌基因突变不仅可发生在体细胞中，也可发生在生殖系(germ 1ine)细胞中，并通过其遗传突变，而原癌基因只在体细胞中产生突变。
第二节原癌基因
原癌基因是细胞的正常基因，其表达产物对细胞的生理功能极其重要，只有当原癌基因发生结构改变或过度表达时，才有可能导致细胞癌变。
一、原癌基因表达的特点：
l、正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，而且是受生长调节的，其表达主要有三个特点：①具有分化阶段特异性；②细胞类型特异性； ③细胞周期特异性。
2、肿瘤细胞中原癌基因的表达有2个比较普遍和突出的特点：
①一些原癌基因具有高水平的表达成过度表达•
②原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。
3、细胞分化与原癌基因表达．
在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。
二，原癌基因的结构改变与其表达激活
(一)点突变
C--ras：12、13、61位密码子点突变，存在于多种肿瘤．
C-ras编码蛋白(21kD,P21)：RAS，是一种GTP结合蛋白，具GTP酶活性，是重要的信号转导分子．
(二)染色体易位
染色体易位(translocation)：是染色体的一部分因断裂脱离，并与其它染色体联结的重排过程。
因染色体易位造成的原癌基因激活：
1、因易位使原癌基因与另一基因形成融合基因，产生一个具有致癌活性的融合蛋白，
如t(9：22)使c-abl与bcr融合，产生一个致癌的P210蛋白
2、因易位面使原癌基因表达失控，如t(8：14)易位使c-myc表达失控．
(三)基因扩增
基因扩增(gene amplification)即基因拷贝数增加．
如HL-60和其它白血病细胞，C-myc扩增8-22倍．其它：c-erb B，c-net．
(四)LTR插入
LTR是逆转录病毒基因组两端的长末端重复(long terminal repeat)，其中含有强启动子序列。
三、原癌基因产物的功能
大多数原癌基因编码的蛋白质都是复杂的细胞信号转导网络中的成份，在信号转导途径中有着重要的作用．
原癌基因产物可作为：
1、生长因子，如sis(PDGF-β)，fgf家族(int-2，csf-1等)
2、生长因子受体(质膜)：具酪氨酸蛋白激酶活性，如neu，ht，met，erbB，trk，fms，ros-1等。
3、非受体酪氨酸蛋白激酶(质膜／胞质)
如src家族：src，syn，fyn，abl，lck，ros，yes，fes，ret等．
4、丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶(胞质)：如raf，raf-1，mos，pim-1，
5、G蛋白(质膜内侧)，具GTP结合作用和GTP酶活性，如ras家族中的 H-ras，K-ras，N-ras，以及mel和ral等．，
6．核内DNA结合蛋白(转录因子)
如myc家族，fos家族，Jun家族，ets家族，rel，erb A(类固醇激素受体)
第三节抑癌基因
一、抑癌基因失活与杂合性丢失
抑癌基因为隐性癌基因，只有发生纯合失活时才对肿瘤形成起作用，通常的表现为抑癌基因的一个等位基因丢失，面另一个存留的等位基因发生突变(点突变、微缺失，重排等)，等位基因丢失常伴有抑癌基因相邻区域的杂合性丢失(Loss of heterozygosity，LOH)，
LOS指肿瘤中特定染色体上某种DNA多态性标志(如RFLP，VNTR、STR或SSCP等)的等位基因片段在同一患者中由正常组织基因组中的两种变为一种，即等位基因型由杂合子变为纯合子。
LOH是肿瘤细胞中部分染色体区域缺失的表现。
二、抑癌基因产物的功能
巳知的肿瘤抑制基因及其蛋白产物功能
基因相关癌产物胞内定位作用
p53 Rb WT-1 APC DCC NF l RET VHL P16(MTS-1) WAF／CIPl BRCAl 肺癌、乳腺癌等（>51种）视网膜细胞瘤等
wilm’肿瘤结肠癌结肠癌神经纤维瘤甲状腺癌肾癌黑素瘤等(多种) 多种乳腺癌、宫颈癌等
核胞质？粘附分子GTP酶激活剂受体酪氨酸激酶转录延伸因子 CDK抑制剂 CDK抑制剂转录因子抑癌基因p53
人P53基因定位：17P13，11个外显子编码393个氨基酸。
p53基因突变：存在于一半以上的人肿瘤中，多为点突变，主要发生于外显子5-8,如肝癌中的249号密码子第3碱基G→T ,与黄曲霉素B1有关。
P53蛋白结构和功能：
P53蛋白为核内转录因子，包括①核心区的DNA结合域；②N端转录激活域；③C端介导寡聚体化的结构域。
1、 P53的中央域识别和结合一个10bp的启动子序列，可激活转录（通过N-端的反式激活域）。P53突变大多发生于中央DNA结合域。
2、 P53也可结合DNA损伤时产生的单链区域。
3、 P53是四聚体，寡聚化需要C-端域
4、P53激活cki p21, 后者抑制细胞周期于G1期.
5、 p53 激活与负责辐身损伤的修复蛋白GADD45，维持基因组稳定性。
6、P53诱导凋亡的机制尚不清楚。
7、正常情况下p53以低水平存在，半衰期短。DNA损伤稳定P53并增加其转录活性
8、Mdm2使p53不稳定，易被降解，并能直接抑制其反式激活活性（Mdm2是癌基因）
第五章信号转导
细胞外信号通过与细胞表面的受体相互作用转变为胞内信号并在细胞内传递的过程称为信号转导(signal transduction)
跨膜信号转导过程包括：
1，胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识别，受体被活化；
2，通过胞内信号转导物(蛋白激酶，第二信使等) 的相互作用传递信号；
3，信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞应答（如激活核内转录因子，调节基因表达）。
第一节胞内信使
细胞内信使(intracellular messenger)是具有信息传递作用的一些小分子，也称为第二信使(second messengers)。
一、cAMP{环磷酸腺苷) ，
生成：腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP;
代谢： cAMP磷酸二酯酶水解cAMP产生5’-AMP
功能：，
①激活蛋白激酶A
②抑制蛋白磷酸酯酶
二、cGMP(环磷酸鸟苷)
生成酶：鸟苷酸环化酶
代谢酶：cGMP磷酸二酯酶
功能：①激活蛋白激酶G ②调控细胞膜离子通道
三、三磷酸肌醇（inositol triphosphate,IP3）和甘油二酯（diacyglycerol, DAG）
G-蛋白偶联受体激活磷脂酶Cβ生成IP3及DAG
功能：
1、IP3：开放胞内钙库，激活Ca2+途径．
2、DAD：在Ca2+和磷脂酰丝氨酸存在下，激活蛋白激酶C，
四、钙离子
细胞内钙离子主要贮存于胞内钙库(如肌细胞的肌浆网，SR)和线粒体中。
细胞质膜两铡[Ca2+]跨膜梯度：细胞外液>>胞浆
胞浆内[Ca2+]的调节一通过(质膜和钙库膜上的)钙离子通道(进入)和钙泵(出)，
钙通道开放的条件：
①质膜或钙库膜去极化(可兴奋细胞)；
成②IP3介导钙库膜上钙通道开放(任何细胞)．
钙泵激活．线粒体钙泵的作用．
Ca2+功能：与钙调蛋白(calmodulin, CaM)结合形成Ca2+•CaM复合物：
①激活腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶，②激活Ca2+•CaM依赖蛋白激酶
钙通道阻断剂及其临床应用。
五、一氧化氮(NO)
NO合成酶催化L-精氨酸生成NO和胍氨酸
NO合成酶(NOS)分类：①神经元型(nNOS)．
②内皮细胞型(ecNOS)
③诱导型（iNOS)
功能：激活乌苷酸环化酶，刺激cGMP合成。
NO的生理病理作用
第二节蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶
蛋白激酶(Protein kinase，PK)催化蛋白质的含羟基氨基酸(丝／苏和酪)的侧链羟基形成磷酸酯（ATP的γ磷酸基转移至氧）．
蛋白质磷酸酯酶(Protein phosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯键水解而去磷酸化。
细胞内任何一种蛋白质的磷酸化状态是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的两种相反酶活性之间的平衡决定的。
蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重要作用，是细胞生命活动的调控中心。
一、信号转导过程中的蛋白激酶
{一)丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶(Ser／Thr PK)
是一大类特异地催化蛋白质的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的激酶家族，参与多种信号转导过程。
1、蛋白激酶A（PKA)
-cAMP依赖性蛋白激酶.
PKA由两个催化亚基C和两个调节亚基R所构成
PKA参与cAMP介导的转录水平调控。
PKA的其它(下游)底物：①多种代谢相关酶②核内组蛋白和非组蛋白③膜蛋白等。
2、蛋白激酶C(PKC)
-Ca2+激活的／磷脂依赖性蛋白激酶．
调节：可被Ca2+，DAG和磷脂酰丝氨酸激活．TPA(佛波酯)也可激活．
PKC分子由N-端的调节区和C—端催化区（亲水的蛋白激酶结构域）所组成。
PKC有多种亚型(>12种)．
PKC可激活：
①受体，如EGFR，胰岛素受体，细胞因子受体等。
②细胞骨架蛋白如Map，Tau．
②膜蛋白，如Na+-H+交换蛋白，Ca2+-ATP酶等．
④核蛋白／转录因子，起始因子等，
⑤信号转导物如鸟苷酸环化酶，Raf-1等．
3、Ca2+•钙调蛋白依赖性蛋白激酶(Cam-PK)
Cam-PKII是一种多功能的蛋白激酶．
4。cGMP依赖的蛋白激酶(PKG)
功能：调节胞内钙离子．
5，DNA依赖的蛋白激酶(DNA-PK)
调节：结合游离DNA片段后被激活，
底物：核内DNA结合蛋白和转录因子，如SPl，Fos／Jun，Myc和P53，
作用：①参与DNA修复和重组,
②通过激活TF调节基因表达;
③参与细胞周期的关卡机制(Checkpoint).
6．丝裂原激活的蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase， MAPK)
调节：MAPK激酶-MAPKK（MEK）。
下游底物：核内转录因子如Myc，Jun，Ets及其它胞内蛋白．
(二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase，TPK)
—特异地催化蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，
蛋白质酪氨酸磷酸化在细胞生长，分化和转化的调节中起重要作用。
1、经典的src激酶家族
原癌基因c-src蛋白产物Src是一种酪氨酸蛋白激酶，它有三个基本结构域：从C-端至N--端依次为SH1、SH2，SH3(SH=src homolog)。
SHl结构域：具酪氨酸激酶活性，
SH2结构域：能识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列，
SH结构域：通过脯氨酸和疏水性氨基酸残基与靶蛋白结合，
Src家族：包括原癌基因src，yes，lyn，fyn，lck，blk，fgr，bcd和yrk编码蛋白，它们都有TPK活性．共同参与细胞转化的信号转导过程．
SH2结构域在信号转导途径中的重要作用：由于含SH2结构域的信号转导分子可以识别和结合其他含磷酸化酪氨酸的蛋白，因此，通过蛋白质的酪氨酸磷酸化／去磷酸化调节可以决定信号转导分子的结合与解离，从而导致信号的开启或关闭。
2、JAK嫩酶家族
JAK(Janus kinase)激酶家族包括Jakl，Jak2，Jak3，Tyk2等，
Jak激酶具有一个TPK结构域和一个激酶样结构域，它们与Src的TPk激酶结构域具有同源性，但JaK激酶没有SH2，SH3结构域；
Jak激酶主要参与细胞因子的信号转导．
二、蛋白磷酸酯酶对磷酸化的调节
(一)、丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酯酶
这类酶选择性地作用于含磷酸丝氨酸或磷酸苏氨酸残基的肽链，使之脱去磷酸基团并改变生物活性．
主要成员：PPl，PP2A，PP2B，PP2C，等．
PP2A，催化亚基及其功能．
(二)酪氨酸蛋白磷酸酯酶(PTPase)
蛋白质酪氨酸磷酸酯酶催化磷酸化酪氨酸残基的去磷酸化反应，与相应的酪氨酸蛋白激酶共同调节蛋白质的磷酸化水平，
PTPase家族可分为2类：
1、胞质型(非受体型)：小的可溶性蛋白，只有一个催化结构域，
特点是合有SH2 domain，如PTPlC，，PTPlB等．，
2．受体型(PTPR)，是大的跨膜蛋白，特点是有2个串联的胞浆催化结构域，如白细胞共同抗原CD45，
PTPlC(存在于造血细胞)：N端2个串联重复的SH2结构域{识别Tyr•P，并指导蛋白与蛋白结合)，C端为磷酸酯酶催化结构域。
Jak可作为PTP1C底物．
PTPase基因可能是肿瘤抑制基因．
第三节细胞膜受体介导的信号转导
一、受体的分类
质膜受体和胞内受体（胞浆或核受体，如类固醇激素受体）
膜受体的分类：
（一）G蛋白耦联受体家族
又称为七次胯膜受体家族，特点是具有七段跨膜的α螺旋结构，本身无酶活性，胞浆侧肽链上有磷酸化位点，受体功能受磷酸化调节。成员；肾上腺素受体、多巴受体、视紫红蛋白等。
（二）酪氨酸激酶受体家族
受体本身胞浆侧有蛋白酪氨酸激酶活性，并且胞浆侧肽链上有自身磷酸化位点，配基结合后受体形成二聚体，二聚体中每个亚基可以磷酸化对应的另一亚基，从而启动信号转导。
这类受体主要包括多数生长因子受体(如IGF，EGF，PDGF，NGF，SCF，HGF等生长因子的受体)，除胰岛素受体外，这类受体均由一条肽链组成．
(三)细胞因子受体家族
这类受体本身无TPK活性，但其胞浆侧近膜部分有非受体酪氨酸蛋白激酶的结合位点，在配基与受体结合后，受体发生二聚化或寡聚化，并激活Jak族蛋白酪氨酸激酶．
此类受体包括细胞因子受体以及生长激素、促乳素等受体．
细胞因子(cytokine)：是淋巴细胞和造血细胞产生的一大类对细胞生长和分化有调节作用的蛋白因子。包括干扰素(IFN)、白细胞介素(IL)、白血病抑制因子（LIF）、抑癌素M等 (但IL-8R为G蛋白藕联受体)
(四)离子通道受体
与配基结合后构成离子通道，主要存在于神经突触，如乙酰胆碱(ACH)，5-HT受体等。
二、G蛋白介导的信号转导。
G蛋白藕联受体的信号转导途径由三部分组成：
①细胞膜受体；②G蛋白③效应物(effector)，其中G蛋白将受体与效应物藕联．
G-蛋白(G-protein)是一种鸟苷酸结合蛋白，是由α、β和γ三个亚基组成的异三聚体，多，β和γ亚基总是紧密结合在一起作为一个功能单位Gβγ
Gα亚基可分为Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍乱毒素（CT）或百日咳毒素（PT）修饰。
G-蛋白介导的信号转导的机制：G-蛋白循环。
G-pr的效应物：离子通道、腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等
三、RAS-MAPK信号转导途径
1、途径中的信号分子
Ras：具鸟苷酸结合活性的一种胞浆蛋白（与G-蛋白不同）
Ras活性与其结合的鸟苷酸有关。
鸟苷酸交换因子（SOS）
Ras•GDP Ras•GTP
(失活) GTP酶激活蛋白�*****AP）（激活）
接头蛋白：生长因子受体结合蛋白Grb2，通过其SH2结构域与Tyr被磷酸化的受体结合，同时通过其SH3域与具有pro富集区的SOS结合，并通过SOS活化Ras蛋白．
2、Ras-MAPK途径：
生长因子→生长因子受体(具酪氨酸激酶活性)→含有SH2结构域的接头蛋白(如Grb2)→鸟苷酸交换因子SOS→Ras-GTP→Rafl→MAPKK（MEK）→MAPK→转录因子→调节基因表达。
3．Ras-MAPK途径的调节
①Ras-MAPK途径中信号转导分子的突变(如Ras)和表达量的改变．
②其他信号转导途径的影响
cAMP-PKA：抑制Raf-1； PKC：活化Raf~l，
四、Jak-stat途径：
STAT：信号转导物与转录激活剂（signal transducer and activators of transcription）
至少6种，分子量84-113KD，含一个SH2结构域(羧端)，一个SH3样结构域，并合有DNA结合域，Stat的激活依赖通过磷酸化形成二聚体．

Jak-Stat途径：
细胞因子→受体(二聚体化)→Jak→Stat→Stat二聚体(活化)→易位至核，影响转录． •
第六章细胞周期及其调节
细胞增殖(cell proliferation)与细胞生长分裂周期．
第一节细胞周期
一、细胞周期(cell cycle)：指亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束所经历的过程，这个过程所需的时间称为细胞周期时间。
细胞周期由G1、S、G2和M期组成(G1、S和G2期又合称为分裂间期)。
G1(Gap1)期：DNA合成前期(复制前期)，从上次有丝分裂完成到DNA复制之前的阶段;
S期：DNA复制期;
G2期：合成后期，从DNA复制完成至有丝分裂开始;
M期：有丝分裂(Mitosis)期，包括核分裂和胞质分裂．
M期结束后形成两个新的子细胞。
注：①不同细胞的细胞周期时间不同，一般S+G2+M期较恒定，而G1期变化较大，因而它决定了细胞周期时间的长短；
②G1期细胞有三种可能的趋向：1)进入S期(即进入细胞周期)．2)处于静止期即Co期(在一定条件下可重新进入增殖周期)，3)分化、衰老、凋亡。
二、细胞周期中各时相的主要生化事件
细胞周期中每期都有其特殊功能，其中S期的DNA复制和M期细胞核的有丝分裂是细胞周期中2个最关键的过程：
1、G1期：为DNA复制作准备，G1早期合成各种RNA、结构蛋白和酶等，细胞通过一个限制点(restriction point，R点)后在G1后期合成DNA复制有关的蛋白和酶。
在开始合成DNA之前有一个关卡(checkpoint)，检查染色体DNA是否有损伤，如有则先要进行修复。
2、S期：DNA(包栝端粒)的复制及组蛋白合成、核小体装配．S期后每一染色体复制成2个染色单体•
S→G2期关卡：检查DNA复制是否完成
3、G2期：为有丝分裂作准备．有RNA和非组蛋白合成。
4、M期：染色体浓缩一仿锤体形成→染色体分离并移向细胞两端→染色体解聚，形成两个新核→胞质分裂。
第二节周期素依赖性蛋白激晦与细胞周期调节
周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs) 通过使特异底物磷酸化调节细胞周期进行，其活性依赖与周期素(cyclin)结合形成复合物。
一、周期素-周期素依赖性蛋白激酶
周期素家族和周期素依赖蛋白激酶(CDK)家族．
细胞周期的不同时相表达不同cyc-CDK，这些cyc-CDK复合物在各不同的细胞周期过渡点起作用．
1、G1期cyc-CDK
G1期表达的周期素为周期素C、D（D1、D2、D3)和E。
D族周期素主要与CDK4(以及CDK2、CDK5、CDK6)结合成活性的蛋白激酶复合物，对细胞通过R点(G0→G1过渡有重要作用。
E族周期素与CDK2形成复合物。
cycE-CDK2复合物调控G1→S过渡。
2、S期和M朔cyc-CDKs
cycA-CDK2：驱动细胞通过S期．
cycB-cdc2：驱动G2→M期过渡(cdc2或p34cdc2即CDKl)．
二、周期素依赖性蛋白激酶抑制物
(cyclin-dependent kinase inhibitor，CKIs)
CKls通过与CDKs结合而抑制激酶活性，在细胞周期中起负调控作用．
CKIs一般按其分子量命名．：
CKls的分类：
1、Kip／Cip家族：包括三种结构相关蛋白P21、P27、P57、特点是能结合并抑制大多数cyc-CDK复合物；
P21(其它名称WAFI／CIPl等)：可被P53诱导转录，P21抑制cycDl-CDK4和cycE-CDK2，参与(由于DNA损伤诱导的)P53介导的细胞周期停止。
P27参与血清去除、接触抑制和TGF-β等导致的细胞周期停止。
2、 INK4蛋白家族，包括四种相关蛋P16、P15、P18、P19．
特点：INK4是cycD-CDK4和cycD-CDK6的专一性抑制剂，并与CDK单体结合。
P15可能参与TGF-β诱导的细胞周期停止于G1期， ’
三、细胞周期调节因子与肿瘤
1、cyclin和CDKs可能为原癌基因，其突变或过度表达可导致细胞转化。
2、CKI可能是广谱的肿瘤抑制基因，其失活导致CDK活性失调。
p16(MTSl)在肿瘤中突变特点及其作用。
第三节细胞周期的其它调节机制
生长因子、生长抑制因子、原癌基因(如，myc)和抑癌基因产物、蛋白质可逆磷酸化、蛋白水解等对细胞周期也有重要调节作用。
一、pRB ， •
抑癌蛋白，分子量106KD，其活性与磷峻化状态有关：
G0及G1早期：pRB非磷酸化，与转录因子E2F-1结合(抑制转录)
GF等→cycD-CDK4及cycE-CDK2激活→pRb磷酸化(失活)→释放E2F→DNA合成基因表达。
二、p53
抑癌蛋白(转录因子)，
在细胞周期中的作用：参与细胞周期关卡-DNA损伤检查的关键蛋白(通过诱导P21转录使细胞周期停止于G1期)。
三、细胞因子对细胞周期的作用．
1．生长因子在细胞通郧点中的作用
GF→GFR→Ras-MAPK→fos/jun等基因表达→cycD-CDK4等表达→pRB磷酸化→E2F释放→进入细胞增殖周期。
2、生长抑制因子与细胞周期停止
TGF-β使细胞周期停止于G1期。
四、泛有素(Ubiquitin，Ub)介导的蛋白水解作用
周期素，周期素依赖性蛋白激酶抑制剂(如P27)以及其它细胞周期调节蛋白均可通过泛有素介导的蛋白酶水解作用降解，这些按精确的时间顺序进行的蛋白水解反应在细胞周期的不同阶段起着重要的调节作用。
第七章细胞凋亡
凋亡（apoptosis）, 程序性细胞死亡（programmed cell death,PCD）
生理性细胞死亡。
第一节细胞凋亡概论
一、凋亡与坏死apoptosis vs. necrosis）
凋亡是一个受细胞主动调节的自身消化过程，凋亡细胞的特征形态学改变使其可被其它细胞吞噬而不泄露胞质内容物，不会引起炎症反应。
坏死是由于物理损伤、缺血或细菌毒素等引起的破坏性细胞死亡过程，细胞内容物的释放导致局部炎症反应。
二、凋亡的生理功能
1、维持组织稳态平衡（homeostasis）,通过干细胞分裂产生新细胞的同时，选择性地除去那些损伤的或老的或多余的细胞。
2、清除不需要的免疫细胞。
3、神经元发育
4、个体发育
三、凋亡细胞的形态学和生化特征
1、细胞皱缩（shrinkage）
2、质膜出泡（blebbing）
3、染色质浓缩
4、 DNA裂解：核小体DNA ladder
5、磷脂酰丝氨酸由质膜内侧翻转至外侧
6、凋亡小体的释放
第二节凋亡的分子机制
一、细胞表面死亡受体
细胞死亡受体家族的成员是一类跨膜蛋白，它们均含有一个与配基结合的胞外结构域；一个跨膜域和一个转导胞外信号进入胞内的胞内结构域(死亡结构域)。这此受体（如Fas、TNF受体）同它们的配基结合后被激活并导致细胞凋亡。
二、Bcl-2家族
对B细胞淋巴瘤的研究发现bcl-2是一种抗凋亡基因，进一步研究证明它与ced-9基因同源。
1、由于8：14染色体易位所致的bcl-2过度表达抑制肿瘤细胞凋亡。
2、与Bcl-2功能相似的有Bcl-Xl, Bcl-w, Mcl-1, and A1等，构成一个大的蛋白家族。
3、这些蛋白表达于线粒体、内质网和核被膜的外膜，Bcl-2及其高度同源物Bcl-xl 保护线粒体膜的完整性。
Bax-促进凋亡的Bcl-2家族成员：
1、与Bcl-2结合的蛋白，包括Bax、Bak、Bik 、Bid、 Bim和HRK。
2、当在细胞中过度表达时促进凋亡，其杀细胞活性可被Bcl-2类蛋白拮抗。
3、抗凋亡蛋白和促进凋亡的蛋白如Bcl-2和Bax间的比率决定细胞对凋亡信号的敏感性。
4、 Bax可被 P53上调，这是DNA损伤时P53诱导细胞死亡的一种方式。
5、这些蛋白通常存在于其它胞内隔室如胞浆中，在凋亡时移动进入线粒体。
三、Caspase 蛋白酶-实施凋亡的蛋白酶
1、这是一族半胱氨酸（cysteine）催化的在天冬氨酸（aspartic acid）处裂解底物的蛋白酶（半胱天冬酶）
2、所有Caspase先以无活性的酶原（procaspase）的形式合成，其激活过程包括：①二聚体化②caspase自身序列裂解成小亚其和大亚基③除去prodomain。
3、最早发现的 caspase 为IL-1β转化酶 (ICE=caspase-1) 它将 pro-IL-1 前体裂解成其活性形式。 ICE 基因转染导致细胞凋亡。此过程可被一种牛痘病毒蛋白CrmA抑制。 CrmA抑制所有caspase。
4、已知该家族成员超过12个，虽然其中某些 caspase参与白细胞介素的成熟，但大多数作用是激活凋亡。通过在特异性caspase裂解位点(e.g. DEV D)处裂解靶蛋白，而使蛋白激活或失活，从而影响凋亡。
例如：
a. DFF -DNA fragmentation factor- cleavage of an inhibitory subunit activates this nuclease which cuts the DNA into a distinct ladder-likepattern and for chromatin to condense.
b. PARP -Poly-ADP ribose polymerase, a DNA repair enzyme inactivated by caspases
c. nuclear lamin - causes nucleus to lose its structural integrity after cleavage
d. cytoskeletal proteins - cleavage causes membrane blebbing

5、杀伤 T-淋巴细胞可释放颗粒酶�*****ranzymes）于靶细胞上而诱导凋亡： granzymes 裂解和激活 caspase→诱导凋亡
6、现正研究能完全阻断凋亡的caspases抑制剂，看它们是否能保护中风、心梗和器官移植中细胞免于因缺血诱导的凋亡
四、 Caspases的激活
（一）死亡受体被其配基激活
1、TNF 受体与称为TRADD的蛋白结合，后者再结合 FADD； Fas直接与 FADD结合。
2、 FADD结合caspase-8 (又称为 FLICE),它含有死亡结构域同时又具蛋白酶催化活性
3、活化的caspase-8激活凋亡途径.；
4、 .触发激活的关键是受体的寡聚化。在 Fas系统中 FasL与 Fas 的相互作用导致 Fas 受体形成三聚体,从而激活凋亡。
5、FasL 也是一个单一跨膜蛋白。FasL 既可通过与之相互作用杀死相邻细胞，也可激活细胞自身的Fas而自杀。
（二）Apaf1- caspase活化蛋白
1、Caspase-8裂解 Bid 使其 C-端域易位至线粒体中。
2、Bid及其它 Bcl2家族促凋亡蛋白的作用导致线粒体释放细胞色素C。.
3、Bcl2抑制cytochrome c释放。
4、Cytochrome c 在胞浆中与Apaf-1结合。Apaf-1/cytochrome c经需能的寡聚化形成大的蛋白复合物 (Apoptosome)，后者聚集procaspase-9
5、 procaspase-9经自身裂解而活化。
6、Caspase-9裂解caspase-3和其它caspases，激活凋亡的效应器期 effector phase ）,从而使细胞结构被破坏。

五、IAPs, 抑制caspase 活性的蛋白家族
A. IAPs are inhibitors of apoptosis protein. There are 7 identified IAPs in human.
B. IAPs inhibit apoptosis by inhibiting caspase activities.
C. IAPs provide a safeguard mechanism against minimal activation of the apoptosis program.
D. Several IAPs are overexpressed in tumors.
第三节凋亡与疾病
A. Cancer
B. Autoimmune disease
C. Neurodegenerative disease
1. ALS - Amyotrophoic lateral sclerosis or Lou Gehrig’s disease
2. Spinal muscular atrophy

第八章基因克隆
基因克隆�*****ene cloning）或分子克隆,又称为重组ＤＮＡ技术，是应用酶学方法，在体外将不同来源的DNA分子通过酶切、连接等操作重新组装成杂合分子，并使之在适当的宿主细胞中进行扩增，形成大量的子代DNA分子的过程。
克隆（clone）一指含有单一的DNA重组体的无性繁殖系，或指将DNA重组体引入宿主细胞建立无性繁殖系的过程(cloning)。　
一个完整的基因克隆过程包括以下步骤：
１、获得待克隆的DNA片段（基因）；
２、目的基因与载体在体外连接；
３、重组DNA分子导入宿主细胞；
４、筛选、鉴定阳性重组子；
５、重组子的扩增与／或表达。
第一节重组DNA中常用的工具酶
包括限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、逆转录酶等，
一、限制性内切酶的定义、命名和分类
限制性核酸内切酶是识别并切割特异的双链DNA序列的一种内切核酸酶。
限制性核酸内切酶的来源：细菌的限制－修饰系统。
分子克隆中所用的限制性核酸内切酶属于第Ⅱ类。
限制性核酸内切酶的命名。
二、限制性核酸内切酶的作用特点
1、识别位点的DNA序列呈二重旋转对称（即具有迥文结构）；
2、切割DNA均产生含5’-磷酸和3’-羟基的末端；
3、错位切割产生具有5’-或3’-突出的粘性末端；而沿对称轴切割双链DNA产生平头末端，也称钝性末端。
4、少数不同的限制酶可识别和切割相同的位点，这些酶称为同切酶，如MboI Ⅰ和 Sau3A。
三、其它工具酶
参考“分子克隆”（Sambrook,J et al . molecular cloning）
第二节载体－宿主系统
一、概述
载体(vector)是携带外源DNA进入宿主细胞进行扩增和表达的DNA,它们一般是通过改造质粒、噬菌体或病毒等构建的。
载体应具备以下条件：
１、能在适当的宿主细胞中复制；
２、具有多种限制酶的单一切点（即所谓多克隆位点）以便外源DNA插入；
３、具有筛选标志以区别阳性与阴性重组分子；
４、载体分子较小，以便体外基因操作，同时载体DNA与宿主DNA便于分离；
５、对于表达型载体还应具有与宿主细胞相适应的启动子、增强子、加尾信号等基因表达元件。
宿主细胞是基因克隆中重组DNA分子的繁殖场所，适当的宿主细胞，必须符以下条件：
１、对载体的复制和扩增没有严格的限制；
２、不存在特异的内切酶体系降解外源DNA；
３、在重组DNA增殖过程中，不会对它进行修饰；
４、重组缺陷型，不会产生体内重组；
５、容易导入重组DNA分子；
６、符合重组DNA操作的安全标准。
二、质粒载体
质粒(plasmid)是存在于细菌染色体外的小的共价、闭环双链DNA分子，能自主复制，并在细胞分裂时遗传给子代细胞。质粒可赋予宿主细胞一些遗传性状如抗药性等，通过质粒赋予细菌的表型可识别质粒的存在，这是筛选重组转化子的基础。
作为载体的质粒一般具有以下特点：
１、分子相对较小（３∽１０kb）；
２、松驰型复制；
３、具有适当的多克隆位点以便外源DNA插入；
４、具有插入失活筛选标志，便于从平板上直接筛选阳性重组子；
５、质粒能携带的外源DNA片段一般较小（<15kb）．
三、λ噬菌体载体
λ噬菌体是一种双链DNA噬菌体，基因组约为50kb+。
线性λ噬菌体DNA分子的两端各有12碱基的互补单链序列，是天然的粘性末端，称为COS位点。
λ噬菌体的生活周期：溶菌（裂解）生长时在平皿上形成清亮的噬菌斑；溶源性生长。
λ噬菌体的基因组：左臂长约20kb,含噬菌体头、尾蛋白编码基因；中央片段长约12-24kb,对噬菌体为非必需区；右臂长约10kb,含λ噬菌体复制和溶菌相关蛋白的编码基因。所有λ噬菌体载体均为通过切除非必需的中央区，并增减某些限制性酶切位点和插入适当的筛选标记基因改造而成。
已构建的λ噬菌体载体分为两类：
１、置换型载体：有两个酶切位点或两组排列相反的多克隆位点，其间的DNA片段可被外源DNA置换。这类载体适于克隆5-20kb的外源基因片段，常用于构建基因组DNA文库。
２、插入型载体：只有一个限制性内切酶位点或一组多克隆位点可供外源基因插入。这类载体允许插入5-7kb的外源DNA,适于构建cDNA文库。如λgt 噬菌体载体。
一般将噬菌体DNA在体外包装成病毒颗粒后再用于感染受体菌，这样能大大提高转染效率。
四、Ｍ13丝状噬菌体载体
Ｍ13基因组大小为6407bp，它是一种闭环的单链DNA分子，在感染细菌后呈双链复制型DNA。因此用作克隆载体的双链DNA可从细菌中分离得到。在细菌中，双链DNA复制100-200拷贝后就大量产生单链DNA,后者包装成子代噬菌体颗粒，分泌到细胞外，而不裂解细菌。
在M13基因组中含507个核苷酸的非必需区，在这个区域插入外源DNA不会影响M13的繁殖和生存，现在使用的M13载体如M13Mp18等均为对此区域进行改造而获得。
M13克隆的最大问题是不能插入较大的外源ＤＮＡ片段（一般<1000bp）,但M13载体的优点是从细菌中释放出来的噬菌体颗粒中含有一条与克隆的模板DNA互补的单链，所以最适合于制备DNA测序时用的单链模板，另外也可用于制备单链特异性DNA探针。
五、粘粒载体
粘粒（柯斯质粒）是指含有λ噬菌体粘性末端的杂种质粒，由λDNA的COS区(约20-数百bp)与质粒重组而成，在宿主细胞中可作为正常噬菌体进行复制，但不表达任何噬菌体的功能。
粘粒的结构特点：
１、含有抗药性标记和质粒复制起始位点；
２、一个或多个单一限制酶切位点；
３、带有λ噬菌体粘性末端；
４、分子小（4-6kb）,可容纳大到40-50kb的外源DNA片段，因此适于构建真核生物基因组DNA文库。
六、酵母人工染色体载体
酵母人工染色体由酵母染色体的着丝粒(cen4)、自主复制序列(ARS1)和来自四膜虫的端粒(Tel)等功能性DNA序列组成。它可携带长达200-1000kb的DNA片段，因此在人基因组DNA大片段的克隆中非常有用，是染色体克隆排序的主要工具。
用酵母人工染色体克隆DNA的过程与λ噬菌体相似，将DNA大片段与载体的两臂相联，然后将连接混合物转化进酵母细胞中，利用载体上的选择性标记进行筛选。
第三节目的基因的获取
一、通过建立基因文库分离靶基因
基因文库包括两类：基因组文库和cDNA文库，两种文库的建库过程不同，产生的基因结构也不同，因此应用范围也不相同。
（一）、基因组文库
是含有某种生物体（或组织、细胞）全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体。
用λ噬菌体载体构建基因组文库的基本步骤：
１、准备载体DNA(如置换型λ噬菌体载体)，用适当的限制酶消化并分离得到载体的左右两臂；
２、纯化真核细胞高分子量DNA，并用适当的限制酶部分消化；
３、分离适当大小的基因组DNA片段（20-24kb）；
４、连接载体与外源ＤＮＡ；
５、连接产物体外包装及感染；
６、基因组文库的扩增。
由于基因组文库包含了染色体的所有随机片段形成的重组DNA克隆，因此，利用适当的筛选方法，就可以从中找出携带所需目的基因片段的重组克隆。
（二）、cDNA文库
cDNA是指以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下形成的互补DNA.
以细胞的全部mRNA逆转录合成的cDNA组成的重组克隆群体称为cDNA文库。
从cDNA文库可以获得较完整的连续编码序列（不含内含子），便于表达成蛋白质。
构建cDNA文库的主要步骤：
１、 mRNA分离；
２、 cDNA第一链合成；
３、 cDNA第二链合成；
４、载体与cDNA的连接;
５、噬菌体的包装及转染；
６、 cDNA文库的扩增和保存。
二、化学合成法制备DNA片段
主要用于一些小的DNA 片段的合成。
三、聚合酶链反应法扩增基因片段
对于已知全部或部分核苷酸序列的基因，可以通过聚合酶链反应（ＰＣＲ），以基因组DNA或cDNA模板扩增得到目的基因片段。

第四节 DNA分子的体外连接

DNA片段的体外连接是重组DNA技术的关键。DNA连接是由DNA连接酶催化完成的。
一、DNA连接酶
DNA连接酶催化两年双链DNA片段相邻的5’-磷酸和3’-羟基间形成磷酸二酯键。
在分子克隆中最有用的的DNA连接酶是来自Ｔ４噬菌体的DNA 连接酶：T4 DNA连接酶，该酶需要ATP作为辅助因子。
T4 DNA连接酶在分子克隆中主要用于：
１、连接具有同源互补粘性末端的ＤＮＡ片段；
２、连接双链DNA分子间的平端；
３、在双链平端的DNA分子上添加合成的人工接头或适配子。
二、粘性末端连接
如果载体和插入片段具有相同的粘性末端，则很容易用DNA连接酶连接成环状的重组DNA分子，但是要注意当载体和插入的两个末端均为同源的粘性末端时，连接后可能出现以下问题：
１、载体自身环化，造成假阳性背景克隆，为避免此问题，可在连接前，用碱性磷酸酶将载体DNA 5’- 端去磷酸化，这样只有载体和插入片段之间才能发生连接；
２、插入片段可双向插入；
３、插入片段可多拷贝插入。
当DNA片段两端为非同源的粘性末端时，可实现定向克隆，这时的连接效率非常高，是重组方案中最有效、简捷的途径。
三、平端连接
平端连接的优点是可用T4连接酶连接任何DNA平端，这对不同DNA分子的连接十分有利。因为除了相同或不同限制酶酶切产生的平末端分子外，含3’-或5’-突出的粘性末端也可以被补齐或削平，实现平端连接。
（一）、5’-突出粘性末端的补齐
限制酶降解产生的5’-端突出的粘性末端，可用大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的大片段（klenow片段）补齐。
（二）、3’-突出粘性末端的削平
含3’- 突出的粘性末端可用T4 DNA聚合酶的3’→5’外切核酸酶活性补平。
平端连接的主要问题是，它的连接效率比粘性末端低，因此需较多的T4 DNA连接酶和较高的底物浓度，聚乙二醇（ＰＥＧ）可促进平端连接反应。
四、人工接头连接
对平端DNA片段，可借助人工合成的接头来方便连接。所谓接头是人工合成的至少８个核苷酸长的一段迥文序列。接头是平端，在磷酸化后通过T4 DNA连接酶可与大多数平端DNA连接。连接后用相应的限制性内切酶切割，可产生所需要的粘性末端。

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xushizheng

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沙发发表于: 2008-01-03

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