程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老演示文稿

程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老演示文稿當(dāng)前1頁，總共60頁。（優(yōu)選）程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老當(dāng)前2頁，總共60頁。2002年10月7日英國人Sydney、美國人Horvitz和英國人Sulston，因在PCD方面的研究獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。H.RobertHorvitzJohnE.SulstonSydneyBrenner當(dāng)前3頁，總共60頁。當(dāng)前4頁，總共60頁。一、動(dòng)物細(xì)胞的PCD（一）細(xì)胞壞死（二）細(xì)胞凋亡（研究較深入）（三）自噬當(dāng)前5頁，總共60頁。（一）細(xì)胞壞死

1.特點(diǎn)被動(dòng)是細(xì)胞受到意外損傷時(shí)立即出現(xiàn)的反應(yīng)。【ATP】↘

無法維持細(xì)胞存活。細(xì)胞質(zhì)出現(xiàn)空泡，細(xì)胞質(zhì)膜破損，線粒體腫脹，繼而溶酶體破裂，細(xì)胞內(nèi)容物流出，引起炎癥。DNA隨機(jī)降解，彌散帶。當(dāng)前6頁，總共60頁。壞死細(xì)胞的形態(tài)變化2.意義：“替補(bǔ)”凋亡凋亡不能正常發(fā)生而細(xì)胞必須死亡時(shí)。當(dāng)前7頁，總共60頁。（一）細(xì)胞凋亡cellapoptosis1.概念、特征

Kerr（1972）最先提出，受基因調(diào)控的主動(dòng)的生理性細(xì)胞自殺行為，具有一系列生物學(xué)特征。P442①-③與細(xì)胞壞死的區(qū)別是：①細(xì)胞凋亡生理性，而細(xì)胞壞死是病理性變化。②細(xì)胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；③凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器,線粒體無變化，溶酶體活性不增加；④細(xì)胞質(zhì)膜始終保持完整，細(xì)胞內(nèi)含物不發(fā)生外泄，不引起炎癥；⑤內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀。當(dāng)前8頁，總共60頁。當(dāng)前9頁，總共60頁。胸腺細(xì)胞正常凋亡當(dāng)前10頁，總共60頁。胸腺細(xì)胞正常凋亡當(dāng)前11頁，總共60頁。小結(jié)壞死與凋亡的區(qū)別

凋亡壞死

胞體變小變大胞膜皺縮腫脹胞核濃縮,溶解,

染色質(zhì)固縮形成染色質(zhì)裂解塊狀小體,為顆粒狀,

位于膜下散在分布胞質(zhì)濃縮腫脹結(jié)果形成凋亡小體細(xì)胞崩解無炎癥反應(yīng)引起炎癥反應(yīng)只影響散在單個(gè)細(xì)胞涉及周邊大量細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)不被破壞組織結(jié)構(gòu)被破壞

形態(tài)上當(dāng)前12頁，總共60頁。

凋亡壞死生DNA由內(nèi)切酶切為不規(guī)則斷裂

180-200bp或其倍數(shù)的片段大小片段不一化電泳結(jié)果“梯狀”條帶（DNAladders）“彌散”條帶酶核酸內(nèi)切酶等的激活無酶的激活上大分子新基因表達(dá)RNA無合成和調(diào)控因子合成當(dāng)前13頁，總共60頁。2、細(xì)胞凋亡的生理和病理學(xué)意義生理學(xué)意義：

生長(zhǎng)發(fā)育：組織與器官的塑造（趾的分化）；動(dòng)物變態(tài)；皮膚角質(zhì)形成；

免疫細(xì)胞分化：克隆選擇，異常淋巴細(xì)胞凋亡；生理保護(hù)：清除體內(nèi)多余、受損或危險(xiǎn)的細(xì)胞而不對(duì)周圍的細(xì)胞或組織產(chǎn)生損害。當(dāng)前14頁，總共60頁。Sculptingthedigitsinthedevelopingmousepawbyapoptosis（Wood2000）趾的分化當(dāng)前15頁，總共60頁。趾的分化當(dāng)前16頁，總共60頁。動(dòng)物變態(tài)當(dāng)前17頁，總共60頁。細(xì)胞凋亡使得神經(jīng)元與靶細(xì)胞的數(shù)量相匹配50%神經(jīng)元凋亡，存活神經(jīng)元與靶細(xì)胞建立連接當(dāng)前18頁，總共60頁。病理學(xué)意義

病原體侵染；誘導(dǎo)凋亡——HIVAIDS抑制凋亡——Poxvirus痘病毒

細(xì)胞凋亡不足腫瘤，自身免疫疾??；細(xì)胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾?。ˋD，帕金森癥）、心肌梗塞、再生障礙性貧血、骨組織壞死。當(dāng)前19頁，總共60頁。3、細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶（DNAladders）TUNEL測(cè)定法，即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法

提取DNA熒光標(biāo)記3’末端彗星電泳法（cometassay）流式細(xì)胞分析亞二倍體峰出現(xiàn)當(dāng)前20頁，總共60頁。梯狀條帶當(dāng)前21頁，總共60頁。彗星電泳法凝膠中裂解，短時(shí)電泳。正常細(xì)胞圓球形。當(dāng)前22頁，總共60頁。4、細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制Caspase依賴性細(xì)胞凋亡（cysteineaspartate-specificprotease）

半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶非Caspase依賴性細(xì)胞凋亡當(dāng)前23頁，總共60頁。模式生物：秀麗隱桿線蟲（C.elegans）是研究PCD的理想材料（生命周期短3d，細(xì)胞數(shù)量少，透明）。凋亡基因突變，一系列突變體。當(dāng)前24頁，總共60頁。有1090個(gè)體細(xì)胞，131個(gè)細(xì)胞發(fā)生了PCD。線蟲(C.elegans)凋亡研究發(fā)現(xiàn)ced3，ced4基因促進(jìn)細(xì)胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制細(xì)胞凋亡，胚胎期死亡。Ced3哺乳類同源物是Caspase1（cysteineaspartate-specificprotease）。當(dāng)前25頁，總共60頁。（1）Caspase家族

相當(dāng)于線蟲的ced-3，是引起凋亡的關(guān)鍵酶。特點(diǎn)：胞質(zhì)中一組結(jié)構(gòu)類似的蛋白酶，選擇性切割某些蛋白質(zhì)?；钚晕稽c(diǎn)均包含半胱氨酸殘基；特異切割靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵caspase（cysteineaspartate-specificprotease）。哺乳動(dòng)物caspase超家族15種P448表13-1當(dāng)前26頁，總共60頁。Caspase-1、-11（可能-4）主要負(fù)責(zé)白介素前體的活化（切割），不直接參與凋亡信號(hào)的傳遞。凋亡起始者2、8、9、10、112、9含Caspase募集結(jié)構(gòu)域CARD，

8、10含串聯(lián)重復(fù)的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域DEDCARD、DED與接頭蛋白結(jié)合，或彼此結(jié)合而聚合。凋亡執(zhí)行者3、6、7當(dāng)前27頁，總共60頁。Caspase活化凋亡信號(hào)↓凋亡起始者酶原分子聚集成復(fù)合物達(dá)一定濃度，彼此切割，構(gòu)象改變↓活性二聚體↓招募異性活化執(zhí)行者前體Caspase（切割）產(chǎn)生有活性的執(zhí)行者↓（切割）細(xì)胞核、質(zhì)中結(jié)構(gòu)蛋白，已知280種P448表13-2↓細(xì)胞凋亡同性活化級(jí)聯(lián)放大激活期：執(zhí)行期：滅活細(xì)胞凋亡發(fā)生的抑制劑直接破壞裂解細(xì)胞結(jié)構(gòu)裂解某些功能性的酶蛋白當(dāng)前28頁，總共60頁。異二聚體級(jí)聯(lián)放大當(dāng)前29頁，總共60頁。（2）Caspase依賴細(xì)胞凋亡死亡受體起始的外源途徑線粒體起始的內(nèi)源途徑P450圖13-6當(dāng)前30頁，總共60頁。①死亡配體主要是腫瘤壞死因子（TNF）家族成員。一種具有多種生物學(xué)效應(yīng)的細(xì)胞因子，主要生理效應(yīng)是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和誘發(fā)炎癥反應(yīng)。TNF主要由單核-巨噬細(xì)胞分泌。當(dāng)前31頁，總共60頁。②

死亡受體代表成員：Fas和TNF-R1。胞質(zhì)部分均含有死亡結(jié)構(gòu)域（deathdomain,DD）。負(fù)責(zé)招募凋亡信號(hào)通路中的信號(hào)分子。fas又稱作APO-1，1993年人白細(xì)胞分型國際會(huì)議統(tǒng)一命名為CD95。當(dāng)前32頁，總共60頁。Fas誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡Fas蛋白與Fas配體組成Fas系統(tǒng)，二者的結(jié)合后引起Fas三聚化，通過胞內(nèi)的DD區(qū)與接頭蛋白FADD的DD區(qū)結(jié)合。FADDN端通過DED區(qū)（deatheffectordomain）與Caspase-8酶原結(jié)合，形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物DISC。Caspase-8酶原通過自身切割激活。

Caspase-8激活執(zhí)行者Caspase-3酶原，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。當(dāng)前33頁，總共60頁。③Bcl-2蛋白家族其他因素刺激（DNA損傷、紫外線、射線、藥物、NO、活性氧等），Caspase-8切割Bcl-2家族成員Bid將信號(hào)傳遞到線粒體引發(fā)凋亡的內(nèi)源途徑，使凋亡信號(hào)進(jìn)一步擴(kuò)大。含有1-4個(gè)Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域（BH）。分兩類：抗凋亡基因，如：Bcl-2；促凋亡基因，如：Bax。促凋亡蛋白BH結(jié)構(gòu)域受信號(hào)刺激后轉(zhuǎn)移到線粒體外膜，能引起線粒體外膜通透性改變，導(dǎo)致多種凋亡因子（關(guān)鍵因子cytc

）釋放，引起凋亡。當(dāng)前34頁，總共60頁。當(dāng)前35頁，總共60頁。Bcl-2genefamily（Zimmermann2001）當(dāng)前36頁，總共60頁。BCL-2家族成員當(dāng)前37頁，總共60頁。④Apaf-1凋亡蛋白酶活化因子-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1，Apaf-1

），含CARD的接頭蛋白，線蟲的同源物為ced-4。Apaf-1與cytc結(jié)合后發(fā)生自身聚合，通過CARD結(jié)構(gòu)域召集caspase-9酶原，形成一個(gè)很大的凋亡復(fù)合體（apoptosome），激活caspase-3和caspase-9。作用：參與線粒體凋亡途徑，該基因敲除后，小鼠神經(jīng)細(xì)胞過多，腦畸形發(fā)育。當(dāng)前38頁，總共60頁。王曉東：歷史上最年輕美國科學(xué)院院士（41）美籍華人在學(xué)術(shù)領(lǐng)域地位最高的科學(xué)家原籍河南新鄉(xiāng)

從事的是細(xì)胞凋亡規(guī)律的研究。

1996年，發(fā)現(xiàn)線粒體釋放細(xì)胞色素C,引起細(xì)胞凋亡;

2000年，發(fā)現(xiàn)線粒體釋放Smac，可促細(xì)胞凋亡.

與鄧興旺一起聘為北京生命科學(xué)研究所第一任所長(zhǎng)。當(dāng)前39頁，總共60頁。Caspase級(jí)聯(lián)激活反應(yīng)還可能起始于細(xì)胞核、高爾基體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，機(jī)制不清。（3）Caspase非依賴細(xì)胞凋亡不完全清楚凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）位于線粒體外膜↓細(xì)胞質(zhì)↓細(xì)胞核↓DNA斷裂形成50kb片段線粒體限制性內(nèi)切酶G（EndoG）以核小體為單位DNA片段當(dāng)前40頁，總共60頁。存活因子：多種有絲分裂原、生長(zhǎng)因子?！せ钍荏w胞內(nèi)激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB↓內(nèi)源性Caspase抑制因子P453表13-4↓存活（4）生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控當(dāng)前41頁，總共60頁。外源性Caspase抑制因子天花病毒蛋白CrmA，桿病毒蛋白p35，皰疹病毒，痘病毒。內(nèi)源性凋亡激活因子Smac/DIABLO、Omi/HtrA2，與內(nèi)源性Caspase抑制因子IAP結(jié)合釋放被封閉Caspase，引發(fā)凋亡線粒體凋亡信號(hào)ATM是DNA損傷檢驗(yàn)的重要蛋白激酶，能激活P53。P53腫瘤抑制基因，促凋亡因子基因組的守護(hù)者。輻射誘導(dǎo)的DNA損傷可通過ATM激活p53，阻斷細(xì)胞周期，并提高Fas的表達(dá)，誘導(dǎo)凋亡。當(dāng)前42頁，總共60頁。NF-κB當(dāng)前43頁，總共60頁。P53基因

修復(fù)受損的DNA，如修復(fù)失敗則通過細(xì)胞核途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。（射線、毒素）分子警察當(dāng)前44頁，總共60頁。P53的促凋亡機(jī)制：（1）DNA結(jié)合蛋白，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（細(xì)胞核途徑）（2）激活線粒體途徑（3）誘導(dǎo)Fas增加（4）誘導(dǎo)溶酶體的不穩(wěn)定性當(dāng)前45頁，總共60頁。(三)自噬

壽命較長(zhǎng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)通過細(xì)胞自噬途徑降解。1.特征

細(xì)胞中出現(xiàn)大的雙層膜（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞質(zhì)膜泡）的自噬小體，溶酶體降解。不需吞噬細(xì)胞協(xié)助。2.意義營養(yǎng)危機(jī)細(xì)胞凋亡的補(bǔ)充途徑（凋亡關(guān)鍵因子被抑制時(shí)）3.機(jī)制（了解較少）PI3K/AKT信號(hào)途徑P45713-9當(dāng)前46頁，總共60頁。二、植物細(xì)胞與酵母PCD（一）植物細(xì)胞PCD（較晚，不甚清楚）1.典型PCD：木質(zhì)部管狀細(xì)胞成熟過程過敏反應(yīng)（感染后自動(dòng)快速死亡）2.特征：死亡細(xì)胞殘余物被細(xì)胞壁固定在原位被自身液泡水解酶消化。誘發(fā)機(jī)制不同，植物細(xì)胞PCD的形態(tài)不同例：過敏反應(yīng)染色質(zhì)凝集，DNA降解為50kb片段等等P458圖13-10

管狀細(xì)胞細(xì)胞壁增厚，液泡膜破裂，核DNA迅速降解等。當(dāng)前47頁，總共60頁。3.誘導(dǎo)因素活性氧、植物激素促進(jìn)因素：水楊酸、NO、乙烯、赤霉素抑制因素：細(xì)胞分裂素、脫落酸、離子濃度平衡破壞。當(dāng)前48頁，總共60頁。（二）酵母PCD1.誘導(dǎo)因素藥物P4592.特征與動(dòng)物細(xì)胞凋亡類似3.意義控制群體數(shù)量，有限營養(yǎng)優(yōu)先供應(yīng)。當(dāng)前49頁，總共60頁。第二節(jié)細(xì)胞的衰老一、概念及特征復(fù)制衰老：細(xì)胞復(fù)制能力有限，有限次數(shù)分裂。

防止細(xì)胞過度生長(zhǎng)和癌化的一種保護(hù)機(jī)制。當(dāng)前50頁，總共60頁。

Hayflick界限(HayflickLimitation）

當(dāng)前51頁，總共60頁。Hayflick界限(HayflickLimitation）概念：關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命是有限的觀點(diǎn)細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，不是不死的，而是有一定的壽命；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就是Hayflick界限。癌細(xì)胞或培養(yǎng)的細(xì)胞系是不正常細(xì)胞，其染色體數(shù)目或形態(tài)已經(jīng)不同于原先的細(xì)胞細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān)物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著一定的關(guān)系二倍體細(xì)胞的衰老是由細(xì)胞本身決定的 ◆決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，不是外部的環(huán)境 ◆是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老當(dāng)前52頁，總共60頁。（一）細(xì)胞核的變化

1.大小體外培養(yǎng)二倍體細(xì)胞中，分裂次數(shù)↗，核↗，呈函數(shù)關(guān)系。

2.核膜內(nèi)折與齡俱增

3.染色質(zhì)固縮化與染色質(zhì)蛋白二硫鍵數(shù)量有關(guān)，體外培養(yǎng)細(xì)胞（體內(nèi)某些細(xì)胞）與齡俱增（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化

RER解體趨勢(shì)，排列有序→彌散性，總量減少。（三）線粒體的變化數(shù)量隨齡減少，體積隨齡增大。（四）致密體的形成←溶酶體、線粒體轉(zhuǎn)化（五）膜系統(tǒng)液晶相→凝膠相或固相（六）其他間隙連接減少當(dāng)前53頁，總共60頁。細(xì)胞衰老的特征形態(tài)變化當(dāng)前54頁，總共60頁。體外培養(yǎng)細(xì)胞衰老生物學(xué)特征生長(zhǎng)不可逆停滯，細(xì)胞停止分裂衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶活化

pH4.0→pH6.0表現(xiàn)活性β-半乳糖苷酶底物染色P