Ras基因调控异常与肿瘤的关系以及与p35的协同作用

Ras基因调控异常与肿瘤的关系以及与p35的协同作用 摘要：与肿瘤相关的Ras 原癌基因家族主要分为3 类:H-Ras、K-Ras 和N-Ras,

介导生长因子、细胞因子和多种细胞外信号的信息通路, 对细胞的增殖、分化、凋亡等多种生理过程。ras 基因点突变,导致Ras 蛋白异常活化,激活下游信号分子, 造成细胞生长失控而无限制地增殖, 进而引起肿瘤。肿瘤发生是抑癌基因失活和原癌基因激活共同作用的结果。其中p53 基因是最重要的抑癌基因，它和Ras基因协同作用，控制细胞增殖、细胞程序性死亡、细胞运动、炎症反应以及血管生成等。

关键字：ras基因 肿瘤 P53基因 协同作用

肿瘤在本质上是基因病，肿瘤发生的根本原因是机体在基因水平上失去了对细胞生长的正常调控作用。到目前为止, 人类已经发现了许多与肿瘤发生相关的基因, 包括抑癌基因和原癌基因两大类。其中抑癌基因p53 与原癌基因Ras 是在肿瘤发生过程中突变率较高的两个基因。它们在肿瘤发生和转移上具有协同作用。

1 ras基因

ras 基因家族成员有H - ras、K- ras 和N - ras 三种,属细胞内信号传导蛋白类原癌基因。人类大多数细胞中都表达ras 基因,尤其在不成熟细胞和某些末期分化细胞中有高水平表达,且其表达具有组织特异性:H - ras 主要表达于表皮和骨骼肌腺。,K- ras 主要表达于大肠和胸腺,N - ras 主要表达于男性胚胎时期的胸,三种ras 基因结构相似,都含有4 个编码的外显子和一个5’末端不表达的外显子,编码由189个氨基酸组成的结构相似的蛋白,分子量为21KD ,通称p21Ras 蛋白。

1.1 ras基因的调控机制

正常情况下，ras 有活化和非活化2 种形式。与GTP结合时,为有活性状态; 而与GDP 结合时, 为无活性状态。两种活性状态之间的转换, 主要由RasGTP 酶活化蛋白和Ras 鸟嘌呤核苷酸交换因（RasGEFs) 两类分子调控。RasGAPs具有GTP酶活性, 能水解 GTP成GDP进而使Ras 蛋白失活;而RasGEFs 作用正好与此相反, 可使Ras 蛋白处于活性状态。一旦基因发生点突变或异常扩增,致Ras 蛋白异常

活化,降低了Ras 蛋白GTP 酶活性,不能迅速分解GTP ,使正常非活化的Ras 蛋白在信息传递后仍不失活,激活下游信号分子, 造成细胞生长失控而无限制地增殖, 进而引起肿瘤。

正常的Ras 信号转导系统包括:Ras 活化、Ras 蛋白生成及信号转导、Ras 下游效应分子。在其上游有依赖Grb - Sos 的Ras 激活通路,下游靶点有Ras/ MAPK(丝裂原活化蛋白激酶) 通路、Rho/ Rac 通路及一些潜在的靶点。其中Ras/MAPK信号转导通路是一个典型的核内激活转录因子的级联反应通路。目前广泛流行且被普遍接受的Ras/MAPK转导通路的模式途径是: 表皮生长因子( epidermal growth factor ,EGF) →表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor ,EGFR) →Ras →丝氨酸激酶Raf →Raf 激酶磷酸化MAPK激酶(MAPK kinase ,MKK) →MAPK →细胞生长。Ras/MAPK信号转导通路中的某一信号分子的异常改变均可能影响该信号通路的调控功能。Ras 在该通路中的主要功能是将生长因子与Raf - MKK - MAPK 细胞信号转导相偶联,诱发早期反应基因的表达。研究表明,Ras/ MAPK 信号转导途径失控与肿瘤细胞的恶性增殖、异常分化、凋亡受抑、血管形成等密切相关。

1.2 ras基因突变与肿瘤的关系

目前, 已经明确与ras 突变有关的人类肿瘤如胰腺癌、甲状腺癌、结肠直肠癌、非小细胞肺癌和急性髓细胞白血病等10 余种,而且ras 突变位点多集中在第12, 13, 59 和61 位氨基酸。其中90% 胰腺癌有K-ras 突变；60% 未分化甲状腺乳头状瘤有H-ras ,K-ras 及N-ras 突变；44% 结肠直肠癌有K-ras 突变；33% 非小细胞肺癌有K-ras 突变；30% 急性髓细胞白血病和肝癌有N-ras 突变。而在肾癌中, 只有10%发生ras 突变。可见, ras 突变最常发生在胰腺癌、未分化甲状腺乳头状瘤、结肠直肠癌、肝癌等实体瘤和急性髓细胞白血病中。

2 p53 与Ras在肿瘤发生中的协同作用

研究发现, 肿瘤发生过程中抑癌基因p53 与原癌基因Ras 之间存在复杂的相互协同作用。根据目前的文献报道, p53 与Ras 之间的协同作用可以分为3 种：第一, p53 对Ras 的调节作用；第二, Ras对p53 的调节作用； 第三, p53 和

Ras 共同调控某些与肿瘤发生相关的关键基因。 2.1 p53基因

p53 基因是最重要的抑癌基因, 其编码产物是核转录因子。正常条件下, p53 蛋白在细胞内的含量维持在一个较低水平, 当细胞发生DNA 损伤或者原癌基因突变激活时, p53 会接到上游应激信号, 在细胞内的含量随即升高, 引发下游一系列的应激反应,如通过p53/p21/Rb 的细胞周期调控通路阻滞细胞周期, 促使损伤细胞的修复；通过p53/Bax 凋亡调控通路促进异常细胞的凋亡, 另外

p53 的应激还涉及到维持基因组稳定、细胞自噬、抑制肿瘤血管生成、调节代谢、调控生殖等。

绝大多数的肿瘤当中都发生了p53 信号通路的失活, 在所有恶性肿瘤中, p53 基因的突变率超过了50%, 而且突变位点多位于DNA 结合区。p53 突变引起的异常现象包括：原有的正常功能(如抑癌作用)缺失；突变p53 获得了一些类似癌基因的功能, 促进肿瘤的形成及转移等, 即突变p53 获得性功能等。 2.2 p53 与Ras 之间的协同作用

p53 是突变率最高的抑癌基因, Ras 是突变率最高的原癌基因。多种肿瘤的发生是抑癌基因p53 突变失活和原癌基因Ras 突变激活共同作用的结果。 2.2.1 p53 对Ras 的调控

在正常的生理条件下, p53 通过ATF3、BTG2、NF-κB以及microRNA-34a 等使Ras-GTP 的含量维持在正常水平, p53 和Ras 在细胞中的含量都会稳定一个动态平衡的水平。

首先，BTG2与p53 蛋白和H-RasV12 结合, 从而形成一个复杂的复合体p53-BTG2-H-RasV12, 导致H-RasV12 更多的与GDP 结合而处于非激活状态; 而ATF3 则是与Ras 下游的一些目的基因的启动子区DNA 结合, 从而来抑制这些与癌症相关基因的表达。

另外，由于炎症反应调控因子NF-κB 的激活可以通过增强细胞增殖、转移、逃逸以及血管生成来启动肿瘤的发生。癌基因Ras 可以通过肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)导致NF-κB 的过表达,说明NF-κB是Ras的下游靶件。WT-p53通过糖酵解途径抑制NF-κB 的激活，从而调控 Ras基因。 同时，因为GTP是Ras激活所必须的辅助因子，在发生DNA 损伤的情况下, p53 诱导的microRNA-34a 的表达通过对GTP 合成限速酶IMPDH 的调控, 使Ras信号尽量维持在较低水平, 避免了异常细胞的过度增殖。