結構生物化學/細胞訊號通路/訊號通路問題導致癌症
癌症 可以透過多種不同的方式發生。癌症的總體概念是細胞在沒有細胞訊號的情況下自行生長和分裂，導致不受控制的細胞生長。細胞也不能死亡，導致特定區域出現過量的細胞。這種過量的細胞被稱為腫瘤。癌症是由於多種細胞訊號通路崩潰造成的。不受控制的細胞通訊也導致血管併入腫瘤中，吸收了大部分營養物質，導致腫瘤進一步生長。更多的細胞訊號通路使癌細胞能夠遷移到身體的其他部位。許多機制維持健康的細胞生長。外部訊號指導細胞分裂，發生細胞間訊號傳導，酶可以修復受損的 DNA。細胞凋亡是程式性細胞死亡，這對於維持生物體的形狀是必需的。當細胞無法修復時，它會發出自我死亡的訊號。
當細胞通訊發生故障時，可能會發生不受控制的細胞生長，並且經常導致癌症。癌症通常始於細胞獲得即使在沒有來自環境的訊號的情況下也能生長和分裂的能力。通常，不受調節的生長會觸發自我毀滅的訊號，即細胞凋亡。但是，當細胞也失去對自我毀滅訊號的反應能力時，細胞會不受控制地分裂，從而形成腫瘤。
訊號轉導通路是一系列事件，將細胞外環境中存在的分子資訊轉換為生理反應。
訊號轉導通路是分子電路的說明。
- 初級信使的釋放是由刺激觸發的，例如傷口或食物。
- 初級信使，也稱為配體，被受體接收，形成受體-配體複合物。跨越細胞膜的蛋白質充當受體，結合配體，將來自環境的細胞外資訊傳遞到細胞內部。
- 細胞內稱為二級信使的較小分子將資訊從蛋白質受體傳遞出去。二級信使的例子是 GMP 和鈣離子。二級分子的某些不良影響是二級信使在細胞內擴散的自由，進而影響細胞內的其他過程。“串擾”在處理多個受體訊號時改變了常見二級信使的濃度，一個啟用的受體可以透過啟用二級信使的生成來產生大量的細胞內反應。
- 訊號通路的效應是啟用或抑制泵、酶和基因轉錄因子，所有這些都產生生理變化。
- 在反應完成後，訊號的終止至關重要。必須終止訊號傳遞過程，否則細胞會失去對新的重要訊號的反應能力。其中一個訊號是自我毀滅的訊號，它可以防止諸如不受控制的細胞分裂和生長等不良影響。
癌症的特徵是不適當的細胞生長，這與訊號通路蛋白質的缺陷有關。
對病毒引起的癌症的研究極大地幫助了人們對訊號轉導蛋白和通路 的理解。
引起一種癌症的病毒的一個例子是勞斯肉瘤病毒。勞斯肉瘤病毒是一種逆轉錄病毒，引起肉瘤，即間充質起源組織（如肌肉或結締組織）的癌症。肉瘤病毒攜帶一個稱為 v-Src 的基因，它是一種癌基因，這意味著該基因會導致細胞型別產生類似癌症的特徵。
v-Src 基因類似於稱為 c-Src 基因的原癌基因，該基因編碼調節細胞生長的訊號轉導。v-Src 基因和導致癌症的 c-Src 基因之間的區別在於，前者替換了一組完全不同的 11 個氨基酸，這些氨基酸缺乏磷酸化以使 c-Src 細胞生長訊號失活的關鍵酪氨酸殘基。因此，v-Src 始終處於活躍狀態。編碼蛋白之間氨基酸序列的微小差異是導致產物“癌基因”被切換到“開啟”位置的原因。負責編碼的蛋白質被稱為原癌基因和癌基因。
腫瘤通常是由常見的突變基因引起的。例如，編碼 Ras 蛋白的基因發生突變，因此它失去了水解 GTP 的能力，從而使 Ras 蛋白持續刺激細胞生長。
受體過表達也會導致腫瘤。例如，EGFR（表皮生長因子受體），在人類上皮癌（如乳腺癌和卵巢癌）中。受體過表達增加了向細胞傳送生長和分裂訊號的可能性。在乳腺癌中，Her2 可能過表達，現在乳腺癌患者正在接受針對這種可能在過表達期間刺激細胞增殖的 EFGR 家族成員的檢測。
當細胞受損無法修復、感染病毒或經歷飢餓等壓力條件時，就會發生細胞凋亡。來自電離輻射或有毒化學物質的 DNA 損傷也可以透過腫瘤抑制基因 p53 的作用誘導細胞凋亡。“決定”細胞凋亡的因素可以來自細胞本身、周圍組織或免疫系統的一部分細胞。在這些情況下，細胞凋亡的作用是去除受損的細胞，防止它從生物體中吸收更多的營養物質，或阻止病毒感染進一步傳播。除了作為生物學現象的重要性之外，有缺陷的細胞凋亡過程與各種疾病有關。過度細胞凋亡會導致萎縮，如缺血性損傷，而不足會導致不受控制的細胞增殖，如癌症。科學家認為，過量的細胞凋亡至少部分是導致某些神經退行性疾病（如阿爾茨海默病、帕金森病和盧伽雷氏症）的原因。另一方面，不受控制的有絲分裂會導致癌症。在治療某些癌症時，使用輻射和化學物質來誘導細胞凋亡，以阻止癌細胞的持續生長。然而，細胞凋亡對於正常的健康發育是必要的，並且需要摧毀威脅生物體的細胞。例如，細胞凋亡與有絲分裂之間保持平衡，使我們保持健康，我們的皮膚和毛髮細胞透過持續的細胞凋亡和有絲分裂週期進行更新。
在細胞凋亡中，細胞會收縮並從鄰居中分離。細胞凋亡會導致細胞在表面形成氣泡狀珠子。細胞核中的 DNA 會凝縮並分解成規則大小的片段，很快細胞核本身以及整個細胞會解體。細胞中的染色質開始降解，線粒體分解並釋放細胞色素 c。
一些與癌症相關的病毒使用技巧來防止它們已轉化細胞的細胞凋亡。幾種人乳頭瘤病毒 (HPV) 與宮頸癌有關。其中之一產生 E6 蛋白，該蛋白會結合並失活細胞凋亡啟動子 p53。p53 基因的突變經常出現在不促進細胞凋亡開始的癌細胞中。一些病毒（例如引起普通感冒的病毒）會製造出模仿細胞凋亡關閉開關的蛋白質，從而欺騙細胞。其他病毒（例如 HIV）具有一種酶，可以使該途徑的關鍵成分失效，使死亡程序戛然而止。
A. 正常細胞分裂 B. 癌細胞分裂 1. 受損細胞 2. 細胞凋亡
細胞凋亡誘導因子：細胞凋亡誘導因子 (AIF) 是一種蛋白質，它可以觸發細胞中染色質濃縮和 DNA 降解，以誘導程式性細胞死亡。發現線粒體 AIF 蛋白是一種 caspase 獨立的死亡效應因子，可以使獨立的細胞核經歷凋亡變化。觸發細胞凋亡的過程始於線粒體釋放 AIF，AIF 透過線粒體膜退出，進入胞質溶膠，最終進入細胞核，在那裡它向細胞發出訊號以濃縮其染色體並使其 DNA 分子片段化，以便為細胞死亡做好準備。最近，研究人員發現，AIF 實際上依賴於細胞型別、凋亡性損傷及其 DNA 結合能力。AIF 線上粒體呼吸鏈以及代謝氧化還原反應中也發揮著重要作用。
AIF 的合成
AIF 蛋白在人類的 X 染色體上跨越 16 個外顯子。AIF1（最豐富的 AIF 型別）在細胞質中翻譯，並透過 MLS 蛋白的 C 末端被送往線粒體膜和膜間隙方向。AIF 在其二部分 N 末端 MLS 蛋白的幫助下被轉運到線粒體內膜和外膜酶中，以使其進入細胞器。線上粒體內部，AIF 在輔因子黃素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 的幫助下摺疊成其功能構型。一種稱為 Scythe 的蛋白質用於調節器官生成，可以延長 AIF 在細胞中的壽命。因此，Scythe 的減少會導致 AIF 的更快速片段化。凋亡的 X 連鎖抑制劑 (XIAP) 具有與 Scythe 一起影響 AIF 半衰期的能力。兩者共同不影響附著線上粒體內膜的 AIF，但它們影響 AIF 退出線粒體後的穩定性。
AIF 線上粒體中的作用
研究人員認為，如果 AIF 的重組版本缺少 AIF 蛋白的前 120 個氨基酸，那麼 AIF 將充當 NADH 和 NADPH 氧化酶。然而，他們發現，不具有最後 100 個 N 末端氨基酸的重組 AIF 具有有限的 NADP 和 NADPH 氧化酶活性。因此，研究人員得出結論，AIF N 末端可能在與其他蛋白質的相互作用或控制 AIF 氧化還原反應和底物特異性中發揮作用。
AIF 呼吸鏈複合物 I
由於缺失導致的 AIF 突變刺激了複雜 I 缺陷小鼠模型的建立。複雜 I 缺陷是人類線粒體疾病超過 30% 的原因。例如，複雜 I 線粒體病主要影響嬰兒，導致癲癇發作、失明、失聰等症狀。這些 AIF 缺陷小鼠模型對於修復複雜 I 缺陷非常重要。識別線粒體內膜和膜間隙中的 AIF 相互作用蛋白將幫助研究人員識別監控 AIF 線上粒體中功能的訊號通路機制。
與凋亡不同，壞死是細胞和活組織的過早死亡。壞死通常是由外部因素引起的，例如感染、毒素或創傷。在壞死過程中，細胞外膜失去控制液體進出細胞的能力。壞死是一種由急性細胞損傷導致的創傷性細胞死亡形式。與壞死相反，凋亡在生物體生命週期中具有優勢。例如，在母親懷孕期間胎兒的生長過程中，手指和腳趾的分化是由於手指之間的細胞凋亡，最終結果是手指分開。在普通人類成年人中，每天大約有 500 億到 700 億個細胞因凋亡而死亡。一年下來，這相當於一個人體重大小的細胞增殖和隨後破壞。凋亡與壞死的區別在於，凋亡與細胞碎片處理相關的過程不會在凋亡中損害生物體。
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