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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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