南開大學細胞生物學ppt課件5

1、第十三章 程序性細胞死亡與細胞衰老機體結(jié)構(gòu)機體結(jié)構(gòu)細胞增殖細胞增殖細胞分化細胞分化細胞凋亡細胞凋亡細胞信號轉(zhuǎn)導細胞信號轉(zhuǎn)導染色體染色體（DNADNA與蛋白質(zhì)的相互作用）與蛋白質(zhì)的相互作用）衰老衰老第一節(jié) 程序性細胞死亡 細胞死亡往往受到細胞內(nèi)某種由遺傳機制決定的細胞死亡往往受到細胞內(nèi)某種由遺傳機制決定的“死亡程序死亡程序”控制，所以也被稱為程序性細胞死亡（控制，所以也被稱為程序性細胞死亡（programmed cell death, PCD）。）。 一、動物細胞的死亡一、動物細胞的死亡（一）（一）細胞凋亡細胞凋亡(apoptosis)（二）（二）細胞壞死細胞壞死(necrosis)（三）（三）

2、細胞自噬細胞自噬(autophagy) 二、植物細胞與酵母細胞的程序性死亡二、植物細胞與酵母細胞的程序性死亡(自學自學)（一）（一）植物細胞的程序性死亡植物細胞的程序性死亡（二）（二）酵母細胞的程序性死亡酵母細胞的程序性死亡1. 1. 細胞凋亡的概念和特性細胞凋亡的概念和特性 細胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結(jié)束生命的過程，也常細胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結(jié)束生命的過程，也常常被稱為細胞程序死亡（常被稱為細胞程序死亡（programmed cell death， PCD）。凋亡細）。凋亡細胞將被吞噬細胞吞噬，不引起炎癥反應。胞將被吞噬細胞吞噬，不引起炎癥反應。PRIZED Horv

3、itz, and Sulston share Physiology or Medicine Nobel （2002） “for their discoveries concerning genetic regulation for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”of organ development and programmed cell death”1090 131= 959(cells)（一）細胞凋亡1. 細胞凋亡的概念和特性細胞

4、凋亡的概念和特性2. 細胞凋亡的生理意義細胞凋亡的生理意義3. 細胞凋亡的檢測方法細胞凋亡的檢測方法4. 細胞凋亡的分子機制細胞凋亡的分子機制 誘導凋亡的因子誘導凋亡的因子（1）Caspase（2）Caspase依賴性的細胞凋亡依賴性的細胞凋亡（3）Caspase非依賴性的細胞凋亡非依賴性的細胞凋亡（4）生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控細胞凋亡的形態(tài)學特征凋亡的起始凋亡的起始細胞表面：特化結(jié)構(gòu)消失，細胞間 接觸消失；細胞膜：完整，保持選擇通透性；細胞質(zhì)：線粒體大致完整，核糖體脫離內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹與質(zhì)膜融合；細胞核：染色質(zhì)固縮，沿核膜分布。凋亡小體凋亡小體（apoptotic

5、bodies）的形成的形成細胞表面：發(fā)泡，泡狀或芽狀突起逐漸分離形成單個的凋亡小體核染色質(zhì)斷裂成片段，與細胞器一起被細胞質(zhì)膜包被。凋亡小體被鄰近吞噬細胞吞噬凋亡小體被鄰近吞噬細胞吞噬特點：特點：細胞質(zhì)膜保持完整。內(nèi)含物不外泄，也不引發(fā)肌體的免疫反應。正常細胞正常細胞 凋亡過程、凋亡小體凋亡過程、凋亡小體細胞凋亡的形態(tài)學特征細胞凋亡與細胞壞死的形態(tài)學對比ApoptosisNecrosis細胞凋亡的生理意義細胞凋亡對個體的正常發(fā)育，自穩(wěn)態(tài)的維持，免疫耐受的形成，腫瘤監(jiān)控等多種生理及病理過程具有重要意義。 In development, homeostasis, tumor surveillance

6、, and the function of the immune system.細胞凋亡的生理意義細胞凋亡對個體的正常發(fā)育，自穩(wěn)態(tài)的維持，免疫耐受的形成，腫瘤監(jiān)控等多種生理及病理過程具有重要意義。 In development, homeostasis, tumor surveillance, and the function of the immune system.95%細胞凋亡的檢測方法（1）形態(tài)學觀察 （2）DNA電泳 （3）TUNEL測定法（DNA斷裂的原位末端標記） （4）彗星電泳法（comet assay） （5）流式細胞分析細胞色素細胞色素C誘導細胞凋亡誘導細胞凋亡Lane 1

7、0 h 21 h 32 h 43 h 54 h 6Control 7Marker DNA變化細胞凋亡的分子機制物理性因子物理性因子化學性因子化學性因子生物因子生物因子生物因子生物因子Caspase (1)存在于細胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的一類蛋白酶存在于細胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的一類蛋白酶Active site: CysteineCleavage site: Asparatic acid Cysteine Asparatic acid specific proteaseAps-Xxx天冬氨酸特異性的半光氨酸蛋白水解酶(2) 哺乳動物細胞哺乳動物細胞Caspase家族成員家族成員 白介素前提活化：白介素前

8、提活化：-1， -4 凋亡起始者：凋亡起始者：-2，-8，-9，-10，-11 凋亡執(zhí)行者：凋亡執(zhí)行者：-3，-6，-7 應答死亡信號，應答死亡信號， 執(zhí)行細胞死亡程序執(zhí)行細胞死亡程序 起始起始Caspase 活化活化執(zhí)行執(zhí)行Caspase的底物的底物核酸內(nèi)切酶，細胞支架蛋白，核酸內(nèi)切核酸內(nèi)切酶，細胞支架蛋白，核酸內(nèi)切酶，參與酶，參與DNA修復的酶（修復的酶（PARP）（2）Caspase依賴性的細胞凋亡依賴性的細胞凋亡 由死亡受體起始的外源途徑由死亡受體起始的外源途徑DD: 死亡結(jié)構(gòu)域（死亡結(jié)構(gòu)域（death domain）DED：死亡效應結(jié)構(gòu)域（：死亡效應結(jié)構(gòu)域（death effecto

9、r domain）DISC：死亡誘導信號復合物：死亡誘導信號復合物（death inducing signaling complex） 由線粒體起始的內(nèi)源途徑由線粒體起始的內(nèi)源途徑細胞色素細胞色素C的釋放與的釋放與Bcl-2蛋白家族蛋白家族（Ced9同源物）調(diào)控有關(guān)同源物）調(diào)控有關(guān)（2）Caspase依賴性的細胞凋亡依賴性的細胞凋亡Bcl-2蛋白家族蛋白家族（3）Caspase非依賴性的細胞凋亡非依賴性的細胞凋亡AIF：凋亡誘導因子（：凋亡誘導因子（apoptosis inducing factor）（3）Caspase非依賴性的細胞凋亡非依賴性的細胞凋亡AIF：凋亡誘導因子（：凋亡誘導因子（

10、apoptosis inducing factor）Endo G: 限制性內(nèi)切核酸酶限制性內(nèi)切核酸酶G（endonuclease G）（4）生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控）生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控1.2.1.（4）生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控）生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控 NF-B, IAP, Bcl-2, P53（二）細胞壞死（二）細胞壞死細胞凋亡和細胞壞死的區(qū)別細胞凋亡和細胞壞死的區(qū)別a. 形態(tài)變化形態(tài)變化b. 生理后果生理后果（二）細胞壞死（二）細胞壞死（三）細胞自噬（三）細胞自噬自噬過程的信號調(diào)控途徑自噬過程的信號調(diào)控途徑 （一）植物細胞的程序性死亡（一）植物細胞的程序性死亡 植物細胞植物細胞PCD

11、的分子機制還不甚清楚，與動物細胞相比，植物的分子機制還不甚清楚，與動物細胞相比，植物死亡細胞的殘余物被細胞壁固定在原位，不是被周圍細胞吞噬，而是死亡細胞的殘余物被細胞壁固定在原位，不是被周圍細胞吞噬，而是被自身液泡中的水解酶消化。被自身液泡中的水解酶消化。 在過敏反應中：可觀察到染色質(zhì)凝聚，在過敏反應中：可觀察到染色質(zhì)凝聚，DNA 降解為降解為50Kb片段，片段，細胞質(zhì)膜及液泡膜皺縮破裂，質(zhì)壁分離，末期細胞內(nèi)含物泄露到質(zhì)外細胞質(zhì)膜及液泡膜皺縮破裂，質(zhì)壁分離，末期細胞內(nèi)含物泄露到質(zhì)外體中。體中。 在管狀細胞分化的在管狀細胞分化的PCD過程中，細胞壁增厚，隨著液泡膜的破過程中，細胞壁增厚，隨著液泡

12、膜的破裂，核裂，核DNA被迅速降解，細胞內(nèi)含物被水解消化，最后僅剩細胞壁。被迅速降解，細胞內(nèi)含物被水解消化，最后僅剩細胞壁。 能誘導植物細胞發(fā)生能誘導植物細胞發(fā)生PCD的因素有多種，主要包括活性氧和植的因素有多種，主要包括活性氧和植物激素等。物激素等。（二）酵母細胞的程序性死亡（二）酵母細胞的程序性死亡 酵母細胞酵母細胞PCD的形態(tài)學特征與動物細胞凋亡類似：的形態(tài)學特征與動物細胞凋亡類似：DNA 發(fā)生凝發(fā)生凝聚、邊緣化和斷裂，細胞色素聚、邊緣化和斷裂，細胞色素c從線粒體釋放等。從線粒體釋放等。 研究表明酵母細胞研究表明酵母細胞PCD機制與動物細胞的凋亡機制有類似之處。機制與動物細胞的凋亡機制有

13、類似之處。但還未發(fā)現(xiàn)類似動物細胞但還未發(fā)現(xiàn)類似動物細胞Caspase的關(guān)鍵執(zhí)行因子。的關(guān)鍵執(zhí)行因子。 酵母酵母PCD的生理意義，有研究者認為單細胞生物的生理意義，有研究者認為單細胞生物“主動自殺主動自殺”能夠清除適應不良的個體以及控制群體的數(shù)量，特別是在應急狀態(tài)下能夠清除適應不良的個體以及控制群體的數(shù)量，特別是在應急狀態(tài)下能夠?qū)⒂邢薜臓I養(yǎng)供給具有最佳適應性的個體。能夠?qū)⒂邢薜臓I養(yǎng)供給具有最佳適應性的個體。第二節(jié)第二節(jié) 細胞衰老細胞衰老一、一、細胞衰老的概念及特征細胞衰老的概念及特征二、細胞衰老的分子機制二、細胞衰老的分子機制（一）（一）復制衰老的機制復制衰老的機制（二）（二）脅迫誘導的早熟性衰

14、老脅迫誘導的早熟性衰老（三）（三）單細胞生物的衰老單細胞生物的衰老三、細胞衰老與個體衰老和癌癥的關(guān)系（自學）三、細胞衰老與個體衰老和癌癥的關(guān)系（自學）一、細胞衰老的概念及特征一、細胞衰老的概念及特征 細胞衰老（細胞衰老（cell ageing, cellsenescence）一般含義是復制衰老）一般含義是復制衰老（replicative senescence, RS），指體外培養(yǎng)的正常細胞經(jīng)過有限次），指體外培養(yǎng)的正常細胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，停止分裂，細胞形態(tài)和生理活動發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。數(shù)的分裂后，停止分裂，細胞形態(tài)和生理活動發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。 Hayflick界限：界限： Hayfli

15、ck的工作表明，細胞，至少是培養(yǎng)的細的工作表明，細胞，至少是培養(yǎng)的細胞，不是不死的，而是有一定壽命的；他們的增殖能力不是無限的，胞，不是不死的，而是有一定壽命的；他們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就是著名的而是有一定的界限，這就是著名的Hayflick界限。界限。 細胞衰老過程形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的變化細胞衰老過程形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的變化 主要表現(xiàn)在細胞皺縮，膜通透性、脆性增加，核膜內(nèi)折，主要表現(xiàn)在細胞皺縮，膜通透性、脆性增加，核膜內(nèi)折，細胞器數(shù)量特別是線粒體數(shù)量減少，胞內(nèi)出現(xiàn)脂褐素等異常物細胞器數(shù)量特別是線粒體數(shù)量減少，胞內(nèi)出現(xiàn)脂褐素等異常物質(zhì)沉積，最終出現(xiàn)細胞凋亡或壞死。質(zhì)沉積，最終出現(xiàn)細胞

16、凋亡或壞死。 （一）細胞核的變化：核增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)（一）細胞核的變化：核增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)凝聚、固縮、碎裂、凝聚、固縮、碎裂、溶解溶解（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化：（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化：rER總量減少總量減少（三）線粒體的變化：數(shù)量減少，體積增大（三）線粒體的變化：數(shù)量減少，體積增大（四）致密體的生成：由溶酶體或線粒體轉(zhuǎn)化來（四）致密體的生成：由溶酶體或線粒體轉(zhuǎn)化來（五）膜系統(tǒng)的變化：粘度增加，流動性降低（五）膜系統(tǒng)的變化：粘度增加，流動性降低 此外，細胞間的間隙連接減少，連接的膜內(nèi)顆粒聚集體變此外，細胞間的間隙連接減少，連接的膜內(nèi)顆粒聚集體變小。小。（一）復制衰老的機制（一）復制衰老的機制（

17、二）脅迫誘導的早熟性衰老（二）脅迫誘導的早熟性衰老氧化性損傷理論氧化性損傷理論: 該理論認為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團或分子（該理論認為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團或分子（reactive oxygen species，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導致衰老。）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導致衰老。ROS主要有三種類型：主要有三種類型： O2-，即超氧自由基；，即超氧自由基； OH-，即羥自由基；，即羥自由基； H2O2。 它們的高度活性引發(fā)脂類、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，它們的高度活性引發(fā)脂類、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，從而導致細胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。清除從而導致細胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。清除ROS，就可以延長壽命。，就可以延長壽命。（三）單細胞生物的衰老（三）單細胞生物的衰老 芽殖芽殖 酵母細胞核糖體酵母細胞核糖體rRNA基因，通過同源重組，一個環(huán)形拷基因，通過同源重組，一個環(huán)形拷貝的貝的rDNA從染色體上分離出來形成從染色體上分離出來形成ERC（染色體外的環(huán)形（染色體外的環(huán)形DNA extra chromosomer DNA cycle），），ERC在其后的細胞周期中不斷在其后的細胞周期中不斷復