结构生物化学/细胞信号通路/信号通路问题导致癌症
癌症 可以通过多种不同的方式发生。癌症的总体概念是细胞在没有细胞信号的情况下自行生长和分裂，导致不受控制的细胞生长。细胞也不能死亡，导致特定区域出现过量的细胞。这种过量的细胞被称为肿瘤。癌症是由于多种细胞信号通路崩溃造成的。不受控制的细胞通讯也导致血管并入肿瘤中，吸收了大部分营养物质，导致肿瘤进一步生长。更多的细胞信号通路使癌细胞能够迁移到身体的其他部位。许多机制维持健康的细胞生长。外部信号指导细胞分裂，发生细胞间信号传导，酶可以修复受损的 DNA。细胞凋亡是程序性细胞死亡，这对于维持生物体的形状是必需的。当细胞无法修复时，它会发出自我死亡的信号。
当细胞通讯发生故障时，可能会发生不受控制的细胞生长，并且经常导致癌症。癌症通常始于细胞获得即使在没有来自环境的信号的情况下也能生长和分裂的能力。通常，不受调节的生长会触发自我毁灭的信号，即细胞凋亡。但是，当细胞也失去对自我毁灭信号的反应能力时，细胞会不受控制地分裂，从而形成肿瘤。
信号转导通路是一系列事件，将细胞外环境中存在的分子信息转换为生理反应。
信号转导通路是分子电路的说明。
- 初级信使的释放是由刺激触发的，例如伤口或食物。
- 初级信使，也称为配体，被受体接收，形成受体-配体复合物。跨越细胞膜的蛋白质充当受体，结合配体，将来自环境的细胞外信息传递到细胞内部。
- 细胞内称为二级信使的较小分子将信息从蛋白质受体传递出去。二级信使的例子是 GMP 和钙离子。二级分子的某些不良影响是二级信使在细胞内扩散的自由，进而影响细胞内的其他过程。“串扰”在处理多个受体信号时改变了常见二级信使的浓度，一个激活的受体可以通过激活二级信使的生成来产生大量的细胞内反应。
- 信号通路的效应是激活或抑制泵、酶和基因转录因子，所有这些都产生生理变化。
- 在反应完成后，信号的终止至关重要。必须终止信号传递过程，否则细胞会失去对新的重要信号的反应能力。其中一个信号是自我毁灭的信号，它可以防止诸如不受控制的细胞分裂和生长等不良影响。
癌症的特征是不适当的细胞生长，这与信号通路蛋白质的缺陷有关。
对病毒引起的癌症的研究极大地帮助了人们对信号转导蛋白和通路 的理解。
引起一种癌症的病毒的一个例子是劳斯肉瘤病毒。劳斯肉瘤病毒是一种逆转录病毒，引起肉瘤，即间充质起源组织（如肌肉或结缔组织）的癌症。肉瘤病毒携带一个称为 v-Src 的基因，它是一种癌基因，这意味着该基因会导致细胞类型产生类似癌症的特征。
v-Src 基因类似于称为 c-Src 基因的原癌基因，该基因编码调节细胞生长的信号转导。v-Src 基因和导致癌症的 c-Src 基因之间的区别在于，前者替换了一组完全不同的 11 个氨基酸，这些氨基酸缺乏磷酸化以使 c-Src 细胞生长信号失活的关键酪氨酸残基。因此，v-Src 始终处于活跃状态。编码蛋白之间氨基酸序列的微小差异是导致产物“癌基因”被切换到“开启”位置的原因。负责编码的蛋白质被称为原癌基因和癌基因。
肿瘤通常是由常见的突变基因引起的。例如，编码 Ras 蛋白的基因发生突变，因此它失去了水解 GTP 的能力，从而使 Ras 蛋白持续刺激细胞生长。
受体过表达也会导致肿瘤。例如，EGFR（表皮生长因子受体），在人类上皮癌（如乳腺癌和卵巢癌）中。受体过表达增加了向细胞发送生长和分裂信号的可能性。在乳腺癌中，Her2 可能过表达，现在乳腺癌患者正在接受针对这种可能在过表达期间刺激细胞增殖的 EFGR 家族成员的检测。
当细胞受损无法修复、感染病毒或经历饥饿等压力条件时，就会发生细胞凋亡。来自电离辐射或有毒化学物质的 DNA 损伤也可以通过肿瘤抑制基因 p53 的作用诱导细胞凋亡。“决定”细胞凋亡的因素可以来自细胞本身、周围组织或免疫系统的一部分细胞。在这些情况下，细胞凋亡的作用是去除受损的细胞，防止它从生物体中吸收更多的营养物质，或阻止病毒感染进一步传播。除了作为生物学现象的重要性之外，有缺陷的细胞凋亡过程与各种疾病有关。过度细胞凋亡会导致萎缩，如缺血性损伤，而不足会导致不受控制的细胞增殖，如癌症。科学家认为，过量的细胞凋亡至少部分是导致某些神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病和卢伽雷氏症）的原因。另一方面，不受控制的有丝分裂会导致癌症。在治疗某些癌症时，使用辐射和化学物质来诱导细胞凋亡，以阻止癌细胞的持续生长。然而，细胞凋亡对于正常的健康发育是必要的，并且需要摧毁威胁生物体的细胞。例如，细胞凋亡与有丝分裂之间保持平衡，使我们保持健康，我们的皮肤和毛发细胞通过持续的细胞凋亡和有丝分裂周期进行更新。
在细胞凋亡中，细胞会收缩并从邻居中分离。细胞凋亡会导致细胞在表面形成气泡状珠子。细胞核中的 DNA 会凝缩并分解成规则大小的片段，很快细胞核本身以及整个细胞会解体。细胞中的染色质开始降解，线粒体分解并释放细胞色素 c。
一些与癌症相关的病毒使用技巧来防止它们已转化细胞的细胞凋亡。几种人乳头瘤病毒 (HPV) 与宫颈癌有关。其中之一产生 E6 蛋白，该蛋白会结合并失活细胞凋亡启动子 p53。p53 基因的突变经常出现在不促进细胞凋亡开始的癌细胞中。一些病毒（例如引起普通感冒的病毒）会制造出模仿细胞凋亡关闭开关的蛋白质，从而欺骗细胞。其他病毒（例如 HIV）具有一种酶，可以使该途径的关键成分失效，使死亡进程戛然而止。
A. 正常细胞分裂 B. 癌细胞分裂 1. 受损细胞 2. 细胞凋亡
细胞凋亡诱导因子：细胞凋亡诱导因子 (AIF) 是一种蛋白质，它可以触发细胞中染色质浓缩和 DNA 降解，以诱导程序性细胞死亡。发现线粒体 AIF 蛋白是一种 caspase 独立的死亡效应因子，可以使独立的细胞核经历凋亡变化。触发细胞凋亡的过程始于线粒体释放 AIF，AIF 通过线粒体膜退出，进入胞质溶胶，最终进入细胞核，在那里它向细胞发出信号以浓缩其染色体并使其 DNA 分子片段化，以便为细胞死亡做好准备。最近，研究人员发现，AIF 实际上依赖于细胞类型、凋亡性损伤及其 DNA 结合能力。AIF 在线粒体呼吸链以及代谢氧化还原反应中也发挥着重要作用。
AIF 的合成
AIF 蛋白在人类的 X 染色体上跨越 16 个外显子。AIF1（最丰富的 AIF 类型）在细胞质中翻译，并通过 MLS 蛋白的 C 末端被送往线粒体膜和膜间隙方向。AIF 在其二部分 N 末端 MLS 蛋白的帮助下被转运到线粒体内膜和外膜酶中，以使其进入细胞器。在线粒体内部，AIF 在辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 的帮助下折叠成其功能构型。一种称为 Scythe 的蛋白质用于调节器官生成，可以延长 AIF 在细胞中的寿命。因此，Scythe 的减少会导致 AIF 的更快速片段化。凋亡的 X 连锁抑制剂 (XIAP) 具有与 Scythe 一起影响 AIF 半衰期的能力。两者共同不影响附着在线粒体内膜的 AIF，但它们影响 AIF 退出线粒体后的稳定性。
AIF 在线粒体中的作用
研究人员认为，如果 AIF 的重组版本缺少 AIF 蛋白的前 120 个氨基酸，那么 AIF 将充当 NADH 和 NADPH 氧化酶。然而，他们发现，不具有最后 100 个 N 末端氨基酸的重组 AIF 具有有限的 NADP 和 NADPH 氧化酶活性。因此，研究人员得出结论，AIF N 末端可能在与其他蛋白质的相互作用或控制 AIF 氧化还原反应和底物特异性中发挥作用。
AIF 呼吸链复合物 I
由于缺失导致的 AIF 突变刺激了复杂 I 缺陷小鼠模型的创建。复杂 I 缺陷是人类线粒体疾病超过 30% 的原因。例如，复杂 I 线粒体病主要影响婴儿，导致癫痫发作、失明、失聪等症状。这些 AIF 缺陷小鼠模型对于修复复杂 I 缺陷非常重要。识别线粒体内膜和膜间隙中的 AIF 相互作用蛋白将帮助研究人员识别监控 AIF 在线粒体中功能的信号通路机制。
与凋亡不同，坏死是细胞和活组织的过早死亡。坏死通常是由外部因素引起的，例如感染、毒素或创伤。在坏死过程中，细胞外膜失去控制液体进出细胞的能力。坏死是一种由急性细胞损伤导致的创伤性细胞死亡形式。与坏死相反，凋亡在生物体生命周期中具有优势。例如，在母亲怀孕期间胎儿的生长过程中，手指和脚趾的分化是由于手指之间的细胞凋亡，最终结果是手指分开。在普通人类成年人中，每天大约有 500 亿到 700 亿个细胞因凋亡而死亡。一年下来，这相当于一个人体重大小的细胞增殖和随后破坏。凋亡与坏死的区别在于，凋亡与细胞碎片处理相关的过程不会在凋亡中损害生物体。
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