細(xì)胞生物學(xué)課件：16Ch16-細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老

細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第16章細(xì)胞分裂細(xì)胞生長(分化)細(xì)胞死亡分裂原DNA損傷生長因子缺乏死亡因子的存在生長因子細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長和細(xì)胞死亡決定生物個(gè)體大小細(xì)胞數(shù)量細(xì)胞體積(大小)生物個(gè)體第一節(jié)細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡=程序性細(xì)胞死亡(PCD)細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死自噬性細(xì)胞死亡一、細(xì)胞凋亡(apoptosis)(一)細(xì)胞凋亡的特征1。凋亡的起始：染色質(zhì)固縮、沿核膜分布，細(xì)胞皺縮；2。凋亡小體形成：染色質(zhì)斷裂為片斷，被反折的核膜包裹形成球形的小體；3。吞噬：臨近或吞噬細(xì)胞吞噬凋亡小體，在溶酶體內(nèi)消化、分解。整個(gè)過程胞膜保持完整、細(xì)胞內(nèi)含物不泄漏、沒有炎癥反應(yīng)；迅速：30min–數(shù)小時(shí)。細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死(二)細(xì)胞凋亡的檢測方法1.形態(tài)學(xué)觀察DAPI染色臺盼藍(lán)–染死細(xì)胞（晚期凋亡細(xì)胞）,DAPI–染DNA,Giemsa–染色質(zhì)固縮、趨邊化、凋亡小體.2.DNA電泳： 特異性核酸內(nèi)切酶在核小體的linker區(qū)切割DNA導(dǎo)致特異梯狀條 帶的產(chǎn)生(nx180-200bp片斷)。3.原位末端標(biāo)記法(TUNEL)

末端轉(zhuǎn)移酶將熒光標(biāo)記的dUTP接至DNA的3’-OH。正常和突變的斑馬魚胚胎4.彗星電泳法：懸浮于瓊脂糖凝膠中的細(xì)胞裂解后電泳，凋亡細(xì)胞出現(xiàn)彗星式圖案。趾間蹼的消失5.膜成分變化:

磷脂酰絲氨酸從胞膜內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)至外側(cè): -bindingtolabeledAnnexinVtovisualizeapoptoticcells, -serveas“eat-me”signaltomacrophages.RelocationofcytochromeCfrommitochondriatocytosol.6.流式細(xì)胞分析刺激前（死細(xì)胞）（凋亡細(xì)胞）刺激后（死細(xì)胞）（凋亡細(xì)胞）(三)細(xì)胞凋亡的意義使神經(jīng)細(xì)胞與靶細(xì)胞數(shù)量相匹配1。發(fā)育或生理過程中清除多余或不需要的細(xì)胞小鼠趾間蹼的消失

蝌蚪尾巴的消失腸管腔道的形成免疫耐受的形成穩(wěn)定正常器官大小2。清除受損、突變、或被感染的細(xì)胞Cysteineasparticacid-specificprotease天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶選擇性地切割靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵使之失活，而非完全降解(四)細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制1.CaspasesCaspases底物：〉280種ICAD(inhibitorofCAD,caspase-activatedDNase)

聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(polyADP-ribosepolymerase,PARP)

細(xì)胞骨架蛋白、核纖層蛋白、核孔蛋白黏著斑激酶(focaladhesionkinase,FAK)SomeHumanCaspasesCaspasesinvolvedininflammation caspases1(lCE),4,5Caspasesinvolvedinapoptosis Initiatorcaspases caspases2,8,9,10 Executionercaspases caspases3,6,7,11凋亡信號→起始caspase激活→

效應(yīng)caspases激活→caspase級聯(lián)效應(yīng)→切割結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)蛋白InitiatorcaspasesExecutionercaspasesCaspases2,8,9,10,11Caspases3,6,7起始Caspase-2,8,9,10,11Caspase的活化

Caspase-8/10:含deatheffectordomain(DED),與DED接頭分子結(jié)合（外源途徑）

Caspase-2/9:含caspaserecruitmentdomain(CARD),與CARD接頭分子結(jié)合（內(nèi)源途徑）效應(yīng)Caspase-3,6,7Caspase級聯(lián)效應(yīng)2.Caspase依賴性細(xì)胞凋亡途徑

由死亡受體起始的外源途徑DD: deathdomainDED: deatheffectordomain死亡配體

死亡受體FasL→Fas聚合→通過DD招募FADD→通過DED招募pro-caspase8→形成DISC→caspase8同性活化→激活caspase3（異性活化）FADD: Fas-associatingdeathdomain-containingprotein(adaptor)DISC: death-inducingsignalingcomplex(deathreceptor,FADD,caspase)Apf-1:apoptosisproteaseactivatingfactor,containingCARD

由線粒體起始的內(nèi)源途徑凋亡復(fù)合物內(nèi)部或外部凋亡信號→線粒體外膜通透性改變→Cytc釋放到胞質(zhì)→與Apaf-1結(jié)合→形成apoptosome→通過CARD招募pro-caspase9→caspase9同性活化→激活caspase3（異性活化）Bcl2(BH結(jié)構(gòu)域)蛋白家族控制Cytc的釋放和內(nèi)源途徑cytochromeCBcl2亞家族Bax亞家族BH3亞家族BH123蛋白(Bax,Bak)在線粒體外膜上凝集形成

Cytc通道Bcl-2蛋白與BH123蛋白結(jié)合，阻止其在線粒體外膜上凝集形成Cytc通道LackofsurvivalsignalJNKBimexpressionDNAdamagep53accumulatesPumaandNoxaCaspase8Bidtruncation激活的BH3蛋白抑制Bcl2，激活BH123IAP:inhibitorofapoptosis,containsbaculovirusIAPrepeat(BIR),bindstoandinhibitsactivatedcaspases;alsopolyubiquitinatescaspases,settinganinhibitorythreshholdthatactivatedcaspasesmustovercometotriggerapoptosis.IAPsInhibitandUbiquitinateCaspasesAnti-IAPsBindtoandInhibitIAPsControlofLifeorDeathbyExtracellularSurvivalFactorsI.AIF:apoptosisinducingfactor從線粒體外膜轉(zhuǎn)移至胞質(zhì)，進(jìn)入胞核，引起DNA凝集并斷裂成50Kb片斷II.EndoG:endonucleaseG定位于線粒體的Mg2+-dependentendonuclease,負(fù)責(zé)線粒體DNA修復(fù)和復(fù)制。從線粒體釋放后，進(jìn)入細(xì)胞核，切割DNA。3.Caspase非依賴性細(xì)胞凋亡途徑細(xì)胞凋亡信號途徑第16章細(xì)胞死亡往往受到細(xì)胞內(nèi)某種由遺傳機(jī)制決定的“死亡程序”控制，所以被稱為細(xì)胞程序性死亡。動(dòng)物細(xì)胞典型的程序性死亡方式包括凋亡與壞死。細(xì)胞凋亡對于生物體的正常發(fā)育、自穩(wěn)平衡及多種病理過程具有極其重要的意義。其最重要特征是凋亡過程中細(xì)胞膜保持完整，細(xì)胞內(nèi)含物沒有泄漏到細(xì)胞外，不引發(fā)機(jī)體的炎癥反應(yīng)。這也是細(xì)胞凋亡與壞死的主要區(qū)別。細(xì)胞凋亡的另一個(gè)重要特征是染色質(zhì)DNA在核小體間發(fā)生斷裂，形成間隔200

bp的DNA片段。在動(dòng)物細(xì)胞的凋亡過程中，半胱氨酸蛋白酶caspases家族成員發(fā)揮了重要作用。caspases依賴性的細(xì)胞凋亡主要通過兩條途徑引發(fā)：由死亡受體起始的外源途徑和由線粒體起始的內(nèi)源途徑。同時(shí)細(xì)胞內(nèi)還存在不依賴于caspases的凋亡途徑。細(xì)胞中存在caspases抑制因子。在細(xì)胞生存/死亡的抉擇調(diào)控過程中，細(xì)胞存活因子通過抑制細(xì)胞凋亡來維持細(xì)胞存活，而p53能夠促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。與動(dòng)物細(xì)胞相比，植物細(xì)胞和酵母的程序性死亡的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。細(xì)胞衰老主要指復(fù)制衰老，是體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，停止生長，細(xì)胞形態(tài)和生理代謝活動(dòng)發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。1958年Hayflick等人證實(shí)人成纖維細(xì)胞的復(fù)制能力是有限的，首次提出了細(xì)胞水平上的“衰老”現(xiàn)象，稱為“Hayflick