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ガン細胞の定義
1. 正常な抑制を無視して増殖する
2. 他の細胞の領域に進入し占領する
異常な1個の細胞
制御されない増殖
腫瘍
良性腫瘍 悪性腫瘍
被膜に覆われ一個の塊と
してまとまる
周囲の組織を浸潤
(転移)
ガンの分類
上皮組織由来 ガン腫(carcinoma)
結合組織・筋肉由来 肉腫(sarcoma)
肺ガン・胃ガン・大腸ガン・乳ガン・
子宮ガン・前立腺ガン・膀胱ガン・
皮膚ガンなど
造血細胞由来
免疫系
神経系
白血病(leukemia)
リンパ腫(lymphomas)
神経膠腫(gliomas)
軟骨肉腫など
発ガン(carcinogenesis, oncogenesis)
化学発ガン
ウィルス発ガン
放射線発ガン
初期変化 発ガン促進期
(Initiation) (Promotion)
ガン化
(Carcinogenesis)
発ガン
イニシエータ
ー
発ガン
プロモータ
ー
ガン原性物質
イニシエーター:アゾキシメタン
プロモーター: デオキシコール酸
デオキシコール酸:胆汁酸(胆汁の成分)が腸内細菌によって変化させられたもの)
実験例
AOM-DC誘発大腸ガンモデルラット
肝臓
胆嚢
胆汁酸:脂肪消化のために分泌
小腸(回腸)末端部から吸収され肝臓へ戻る
吸収されなかった二次胆汁酸は大腸へ流れ込む
腸内細菌によって変成、発ガンプロモーターとなる(二次胆汁酸)
アゾキシメタン+デオキシコール酸による肝臓癌
正常 肝癌
対照群
腫瘍発生率8/8
AF2531群
腫瘍発生率3/8
AOM-DC誘発大腸癌モデルラット結腸伸展図
変異原生を示す物質のスクリーニング
Aimes Test(エイムス試験)
サルモネラ菌
ただしHis要求性変異株
ラット肝ホモジェネート
調べようとする化合物
混合
サルモネラ菌用培地
(ただしHisを含まない)
に接種する
変異原生物質
無添加
変異原生物質添加
Hisを含まない培地にはえてきたサルモネラ菌
=His非要求性
要求性から非要求性へ(復帰変異株)
O O
O
O O
OCH 3
O O
O
O O
OCH 3
アフラトキシン
O
アフラトキシン2,3-エポキシド
発ガン物質の代謝による活性化
肝臓内酵素シトクロムP450の作用
DNAにたいする結合能を獲得=発ガン物質化
3.ガンウィルスの発見ー前史
1911 ニワトリ肉腫の研究
肉腫組織
肉腫に罹患した
ニワトリ
ホモジナイズ
正常ニワトリ
肉腫に罹患
P.Raus
ウィルスの概念の確立・・・・1932年
ラウスのノーベル賞受賞・・・1965年
3
1970年代のラウス肉腫ウィルスの研究で
わかったこと
(遺伝子操作技術以前)
1.ウィルスに含まれる遺伝子が細胞のガン化を支配する
2.ガン遺伝子はウィルスの増殖・粒子形成には必要ない
3ー1.
4
3ー2 v- src の同定とc- src の発見
src :sarcoma(肉腫)遺伝子
(遺伝子操作技術確立以降)
v:ウィルス性 c:細胞性
v-src と相補性の遺伝子が正常細胞に
存在する事を証明 = c-s rc
1976 Stehelin
c-s rc プロトオンコジーン=
プロトオンコジーン概念の証明
ガン遺伝子 src (サーク)はもとも
とウィルスが持っていたものではない
染色体に組み込み
*レトロウィルスなのでRNAを鋳型にしてDNA
を逆転写酵素で作ってから取り込まれる
宿主の c-src をとりこむ
2.ガンは遺伝子の疾患である
原型ガン遺伝子
(proto-oncogene)
タバコ
食品中の発ガン物質
放射線
ガンウィルス
ガン遺伝子
(oncogene)
変異と活性化
ガン抑制遺伝子
変異と失活
細胞のガン化
2
4ー1.ヒトガン遺伝子のクローニング
Weinbergら1979
NIH3
T3細胞
マウス
由来
DNA抽出
トランスフェクション
ガン化
ヒト膀胱ガン細胞
化学発ガン剤処方によるガン化
これによりガン遺伝子の検索法を確立した
4ー2.ヒトガン遺伝子の検索法
ガン細胞
DNA抽出
DNA+リン酸
カルシウム
NIH/3T3細胞のトランスフェクション
培養細胞のガン化
腫瘍の発生
ヒト膀胱ガン細胞
ガン遺伝子のクローニング
Weinbergら 1982
ハーヴェイ肉腫ウィルスの ras 遺伝子と相同
であることを発見
ras 遺伝子ほ乳類の
7
H- ras このウィルスガン遺伝子ももちろん
ヒト細胞染色体に相補する遺伝子が
ある.
正常細胞ras遺伝子と比較
4ー3.ガン細胞由来と正常細胞由来の
ras 遺伝子の比較
細胞ガン化能力
膀胱ガン細胞 ras 遺伝子クローン
ras 遺伝子クローン正常細胞
あり
なし
4ー4 .ras 遺伝子塩基配列の比較と
Rasタンパク質アミノ酸配列の比較
9
.5'.-AGCG ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT ........V V V G A G
M T E Y K L
G ..........
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
GGC G
G T C V
正常 ガン細胞
塩基配列がGGCから GTCへ変化
乳ガンの遺伝子
BRCA1遺伝子:BRCAタンパク質は核内に存在、遺伝子の発現調節
コドン位置1112122
塩基変異ATG > ATTGTA > GCAATC > GTCTTA > TCA
アミノ酸変異Met > IleVal > AlaIle > ValLeu > Ser
BRCA1の変異を持つと80%の確率で乳ガンになる危険性40%の確率で卵巣ガンになる危険性がある
原型ガン遺伝子からガン遺伝子への活性化
3つの遺伝的アクシデント
点突然変異遺伝子の転座遺伝子の増幅
ras 遺伝子の場合
塩基配列の変異による産物のアミノ酸組成変異
結合したGTPを加水分解できないRasタンパクになる
シグナル出しっぱなし状態になる
点突然変異
myc 遺伝子の場合
2. 染色体転座
正常,8番染色体
バーキットリンパ腫では14番染色体に転座
myc 遺伝子
活発に転写されている遺伝子
強力なプロモーター・エンハンサーの下流に位置
活発に転写されている遺伝子と融合
Mycタンパクの過剰な生産
N-myc 遺伝子の場合
遺伝子増幅で活性化
正常,細胞あたり2コピー
神経芽細胞腫:200から2000コピー
遺伝子増幅
myc 遺伝子
>>>>
N- Myc タンパク質の過剰生産が起こる
①細胞増殖因子
②細胞増殖因子受容体
③チロシンキナーゼ類
④Gタンパク質
⑤セリン・スレオニンキナーゼ類
⑥細胞質制御因子
⑦核内タンパク質
⑧その他
ガン遺伝子の分類
ガン抑制遺伝子の変異
ガン細胞
正常細胞
細胞融合
7.ガン抑制遺伝子
抑制遺伝子の概念
1986年 Dryjaら
網膜芽細胞腫に対する抑制遺伝子
rb 遺伝子のクローニング成功
12
ガン抑制遺伝子のクローニング
50以上あると推定されているが,
クローニングされたものは少ない.
p 53, wt-1, krev-1, nf 1, dccなど
スクリーニングは、ガン遺伝子よりも難しい
対立遺伝子の一方の変異では表現型で確認できないから
原型ガン遺伝子(proto-oncogene)
ガン遺伝子(oncogene)
変異と活性化
細胞のガン化正常遺伝子
異常タンパク
ヘテロ状態でガン化させる
ガン抑制遺伝子
細胞のガン化
異常タンパク活性失活
一方の正常タンパクが働いてガンを抑制
異常タンパク活性失活
ホモ状態でないとガン化させない
遺伝子調節領域
転写開始点
mRNA遺伝子調節領域
Poly-A付加部位
-AAAAAG-ppp-
5‘
RB遺伝子の異常 ①エキソン部分の異常
①異常RBタンパクを作ってしまう
CH3
②プロモーター領域の過剰なメチル化
-AAAAAG-ppp-
②正常なRBタンパクだがほとんど転写されない
Cyclin DCDK 4
Cyclin ECDK 2
E2FRBP
PP
P
P PG1/S期移行E2F
RB
RB E2F E2Fの不活化
G1停止
つまり細胞周期の制御系
細胞周期とガン遺伝子・ガン抑制遺伝子
S期
間期
分裂準備
2h
細胞分裂
2h
G1期
G0期静止期
WT1
RBp53
ガン抑制遺伝子産物によるブレーキング
Ras
Myc
Fos
Jun
ガン遺伝子による加速
G2期 M期
増殖因子
シグナル伝達経路
初期遺伝子発現
転写因子
二次遺伝子発現
サイクリンCDK
RB
E2F
RB
E2F
分離
DNA合成開始
転写因子
P
増殖因子
シグナル伝達経路
初期遺伝子発現
転写因子
二次遺伝子発現
サイクリンCDK
RB
E2F
RB
E2F
分離
DNA合成開始
転写因子
P
ストレス p53
p21CKI
G1チェックポイントの仕組み(井出 2006)
アポトーシスの経路と制御因子の関係
ガン細胞のアポトーシス耐性
ほ乳類の細胞死
T細胞レセプター
シグナル
TNFレセプター
シグナル
Fas シグナル
グルココルチコイド
プロスタグランジン
細胞死の誘導
正常細胞
ウイルス感染
以下のものの枯渇
インターロイキン
エリスロポエチン
神経成長因子(NGF)
細胞内Ca2+濃度上昇
cAMP濃度上昇
ADP-リボシル化
c-fos
c-jun
c-myc
Rb
p53
細胞の縮小クロマチン凝縮
発現する遺伝子 エンドヌク
レアーゼ
アポトーシ
ス小体の
マクロファ
ージによる
貪食
山田ら1997にもとづく
c-fos c-jun c-mycRb p53
アポトーシスの経路と制御因子の関係
p53
アポトーシス
p21
bcl-2
Cdk-サイクリン
RB
c-Myc
E2F
c-MycRB
E2F
P
細胞増殖刺激
ガン原遺伝子
p53による転写制御細胞増殖抑制
癌抑制遺伝子
アポトーシス抑制
bcl-xbcl-2
ガン抑制遺伝子p 53 転写制御因子
数多い標的遺伝子群 (150種類以上)
p53
細胞周期制御系 p21 WAF1 14-3-3σ Reprimo
血管新生抑制系 BA/1 TSP1
アポトーシス発動系 BAX NOXA p53AlP1 PUMA Killer/DR5
p53標的遺伝子
P
DNAの損傷
MDM2
Ub-Q 分解
p53p53 Alp1
アポトーシス発動
p53p 21
細胞周期停止 (G1期停止)
p53p53 R2
DNA修復
細胞の生存
細胞死
P
P
P
DNAの損傷がおこると,p53が活性化、プロモーターとして働く
酪酸による発ガン抑制遺伝子p21の活性化( Nakano et al. 1997)
p21 WAF 1タンパク質発現量
p21 WAF 1
Cyclin DCDK 4
Cyclin ECDK 2
E2FRBP
PP
P
P PG1/S期移行
RBタンパク質 低リン酸化E2F結合可能型(活性型)
E2F
RB
RB E2F E2Fの不活化
A:正常組織
(第1群・第2群)
B:腫瘍組織(第3群)
C:腫瘍組織(第4群)
図7:結腸組織におけるアポトーシス細胞の分布
ガンの分子メカニズムと治療法
細胞増殖因子・細胞増殖因子レセプターの異常
例:上皮細胞増殖因子受容体のチロシンキナーゼ
正常なレセプタータンパクEGFが結合して活性化
異常なレセプタータンパクEGFでなくても活性化状態EGFがなくても活性化状態
EGF
正常細胞:EGFがないと増殖しないガン細胞:EGFがなくても増殖できる
ガンの分子メカニズムと治療法
細胞増殖因子・細胞増殖因子レセプターの異常
上皮細胞増殖因子受容体のチロシンキナーゼ
血小板由来増殖因子受容体のチロシンキナーゼ
抗体治療
異常なレセプタータンパク
抗体分子でふさいでしまう
細胞内情報伝達系
シクロオキシゲナーゼ2(Cox2)
チロシンキナーゼ
セリンスレオニンキナーゼ
酵素反応阻害剤の開発
テロメラーゼの発現抑制
ガン細胞とテロメラーゼ活性
ガン細胞のテロメアサイズは短い
分裂増殖が盛んなため
ガン細胞では、テロメラーゼが発現
ガン細胞とアポトーシス抵抗性
Bcl-2 遺伝子の発現抑制
アンチセンスオリゴヌクレオチドの使用
Bcl-2タンパクとヘテロ二量体形成する類縁タンパクを結合させて失活
Baxタンパクによる阻害
mRNA
アンチセンスヌクレオチド
p53 遺伝子の変異の修復
p16ー INK4 遺伝子の変異の修復
アデノウィルスによる遺伝子治療
正常遺伝子を導入する
ガン細胞と血管新生
アンギオスタチン・エンドスタチン(血管新生阻害タンパク質)の使用
血管内皮細胞成長因子(VEGF)阻害剤
ガン細胞は、増殖が速い=栄養を要求
栄養補給のために、血管を必要とする
血管を引っぱってくるために、血管新生を誘導する
ガン細胞と転移
nm23(ヌクレオシド二リン酸キナーゼ)による転移抑制
プロテアーゼ阻害剤