|
本视频介绍KRAS基因：
视频时长12分钟，建议在Wifi条件下观看： 字 幕 内 容 欢迎来到【陈巍学基因】，我们这个节目主要是给大家介绍基因组学，和临床分子诊断的最新技术进展。 今天，会和大家谈一下KRAS这个基因。 之所以要谈KRAS这个基因，是因为KRAS在细胞生长的信号调控当中，起着一个枢钮的作用。上游的EGFR（ErbB1）、HER2(ErbB2)、ErbB3、ErbB4等细胞表面受体，在接收到了外界信号之后，会通过RAS蛋白，把信号传递到下游。 而KRAS是RAS蛋白中的重要一员，KRAS基因的突变，会直接影响到针对EGFR基因的抗肿瘤药物的疗效。同时KRAS基因是否有突变，也是肿瘤预后的一个重要指标。 正是因为KRAS基因如此重要，所以今天我们就来说一下这个KRAS基因。 今天，我们会按照如下顺序来讲解：
接下来，我们就按照这5个方面，来进行展开。 KRAS基因、和蛋白的 结构与功能 KRAS基因的全名叫Kirsten rat sarcoma viraloncogene homolog，翻成中文是“Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物”。 在人的基因组当中，有2个KRAS基因。一个是KRAS1，位于第6号染色体的短臂上；另一个是KRAS2，位于第12号染色体的短臂上。其中，KRAS1是一个“假基因”，也就是说它不能被转录成RNA，所以它是没有功能的。而KRAS2才是“真基因”，是能够转录、并且翻译成蛋白的，是有生物学活性的。我们下文所谈的KRAS基因和蛋白，都是指这个“KRAS2”基因和它的蛋白产物。 KRAS基因属于RAS基因家族。RAS基因家族当中，还有NRAS(neuroblastoma-RAS)和HRAS(Harvey-RAS)。KRAS、NRAS和HRAS，都参与细胞内的信号传递。 KRAS蛋白有2种变体。这2种变体，是因为第4号外显子在RNA的剪接过程当中，有2种不同的剪接方式，就得到了2种mRNA，进而翻译出2种蛋白质（变体）。这2种蛋白质分别被称为“KRAS4A”和“KRAS4B”，KRAS4B的表达量明显多于KRAS4A的表达量，一般情况下，KRAS4B是KRAS4A的5倍。 KRAS蛋白质有188个氨基酸，它的分子量是21.6KD。 KRAS蛋白定位在细胞膜的内侧，它是通过一个法呢酰基（Farnesyl）的修饰基团，连到细胞膜上的。那么，这个法呢酰基，是通过翻译后的蛋白修饰，在法呢酰基转移酶的作用下，加到KRAS蛋白上的。我们后面还会再次讲到这个法呢酰基的修饰。 KRAS的正常信号通路 在正常细胞当中，细胞膜上的EGFR、HER2、ErbB3、ERbB4等受体单体，在与细胞膜外的配体结合之后，就会变成二聚体。这些二聚体先自身磷酸化，再磷酸化下游的信号蛋白。其中一条信号通路就是激活Grb2-Shc，再激活SOS蛋白。SOS蛋白会激活KRAS蛋白。 与GTP结合的KRAS蛋白，就有了磷酸激酶的活性，进一步激活下游的蛋白。 被激活的下游信号蛋白，包括：Raf蛋白家族、PI3K蛋白、PLC-ε、RALGDS、TIAM1、RIN1，这些下游蛋白。 这些下游的信号通路打开之后，会进一步激活再下游的信号通路，进而启动细胞增殖、细胞迁移等细胞功能。 KRAS在肿瘤当中的变异 接下来，我们来说KRAS在肿瘤当中的变异。 根据统计发现，在胰腺癌当中，61%有KRAS突变；在结肠癌当中，43%有KRAS突变；在子宫内膜癌当中，21%有KRAS突变；在肺腺癌当中，26%有KRAS突变。也就是说，在上述4种癌症中，有高比例的KRAS基因突变。 在KRAS的基因突变中，97%是第12号或者第13号氨基酸残基发生了突变。其中最主要的是G12D、G12V、G13D这三种突变。 KRAS与GDP或者GTP的结合力是非常强的，它（KRAS）与GTP结合的亲合系数在PicoMolar（皮摩尔浓度）级。当KRAS与GDP结合时候，没有激酶活性；而当KRAS与GTP结合时候，有激酶活性。野生型的KRAS是与GDP结合，还是与GTP结合，是受到上游信号调控的。 当KRAS发生G12D、G12V、G13D这几种突变之后，KRAS就会一直保持与GTP结合，也就是说，KRAS一直保持在有酪氨酸激酶活性的状态，并且不断激活它下游的信号通路。这些下游的信号通路打开之后，就会刺激细胞增殖、迁移。 我们打个比方来说明这种突变的后果：KRAS就象是银行金库（细胞增殖、迁移能力）的保管员。正常情况下，只有银行行长（上游信号蛋白）带着钥匙（激活信号）来，保管员（KRAS）才能打开金库（细胞增殖、迁移）。现在这个金库保管员（KRAS）偷配了金库钥匙，把金库大门大开，那么金库（细胞增殖、迁移）也就失控了。 如果一个肿瘤病人的肿瘤当中有KRAS的激活突变，那么针对EGFR的靶向治疗药，例如：西妥昔、易瑞沙等，它们的治疗效果，一般都不会太好。因为KRAS把药物对EGFR的抑制作用给绕开了。 并且，这些有KRAS激活突变的肿瘤病人，他们的预后一般也不太好，生存期往往会明显短于那些没有KRAS激活突变的病人。 所以，肿瘤当中的KRAS基因，是否有激活突变，对于预判EGFR抑制剂类的药物（的治疗）是否会奏效，很重要。 正因为如此，对KRAS基因的激活突变的检测，现在已经是肿瘤靶向药物的重要伴随诊断之一。 针对KRAS基因突变的检测 2012年的1月，FDA批准Qiagen公司的KRAS突变检测方法可以用作西妥昔的伴随诊断。2015年5月，FDA批准罗氏公司的KRAS突变检测方法可以用于转移的结肠癌的诊断。 中国的厦门艾德公司、武汉友芝友公司、武汉海吉力公司、苏州为真公司等，都有提供针对KRAS基因激活突变的检测试剂盒。 上述这些针对KRAS突变的检测方法，都是基于实时荧光定量PCR方法的原理。 开发针对KRAS药物所面对的难题、和一些进展 既然KRAS这么重要，而且KRAS基因上有哪些致癌突变也很清楚，那么，为什么到现在为止，还没有一个直接针对KRAS基因的靶向药物上市呢？ 困难点在于： 1、KRAS的作用泛围很广，KRAS的正常活性也是许多正常细胞功能所需要的活性，如果有一个直接抑制KRAS的药物，那么这个药物的毒性也可能会很大，副作用也可能会很强。并且，KRAS与NRAS、HRAS有很高的同源性，能抑制KRAS活性的药物，就很可能会抑制NRAS、HRAS的活性。那么，这个药物的毒性就可能很大。 第2，目前已知的KRAS的活性功能域，主要是KRAS与GDP、或者GTP结合的那个口袋状的功能域。而KRAS与GTP、或者GDP的结合非常强，亲合系数达到Pico Molar(皮摩尔浓度，10^-12)级。而正常细胞里面的GDP与GTP的浓度，达到了MicroMolar（微摩尔浓度，10^-6）级。也就是说，细胞内正常的GDP与GTP的浓度，比与KRAS结合所需的浓度，高了10的6次方倍。要做出一种小分子化合物，其与KRAS的结合能力，要能与GDP、或者GTP相匹敌，是非常难的。 第3，要设计一种药物，只针对地抑制突变KRAS蛋白的活性，而尽可能少地影响正常KRAS蛋白的活性，这就需要这种化合物对突变的KRAS有很好的选择性。这也是这个药物设计当中，所面对的又一个难题。 上述三点，就是到目前为止，还没有直接针对KRAS的靶向药物上市的主要原因。 但是，针对KRAS的药物设计，并不是完全没有进展。 到目前为止，还是取得了一些阶段性的成果，我们来介绍其中的一些。 第一、先说选择性抑制突变KRAS基因的研究结果。经过研究发现，下面这4个化合物， 对有KRAS突变的细胞的半效抑制浓度（IC50），是对没有KRAS突变的细胞的半效抑制浓度（IC50）的1/6。那么，半效抑制浓度“IC50”（halfmaximal inhibitory concentration），它的浓度值越低，说明这个药物的抑制效果越好。 第二，我们刚才提到，KRAS要定位到细胞膜上，要通过一个法呢酰基的基团，才能定位到细胞膜上。而KRAS蛋白只有定位到细胞膜上，它才能较好被其上游信号蛋白所激活，所以，科学家考虑是否可以通过抑制法呢酰基转移酶的活性，来抑制KRAS蛋白的法呢酰基化，进而减少其定位到细胞膜上，这样就可以达到抑制KRAS活性的目的。现在，已经有一些针对法呢酰基转移酶的化合物被计设出来，但是这些化合物在后期的实验当中，并不能表现出足够的对肿瘤的抑制作用。 第三，KRAS的正常激活，需要有SOS蛋白的参与，所以，另一个设计思路，就是设计针对KRAS-SOS结合区域的抑制剂。这两个化合物，被发现能够抑制KRAS与SOS蛋白的结合。 到目前为止，虽然科学家针对KRAS做了很多努力，但是，还没有一个针对KRAS的靶向药物上市。 也因为设计直接针对KRAS的抑制剂较难，许多科学家，把更多的精力，放到设计针对KRAS下游的信号通路的靶向药物当中去。例如，设计针对B-RAF的靶向药物。 以上是本期节目的全部内容。谢谢您的收看，我们下期节目再见。
|
|
|
