第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡課件

第十三章細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡主要內(nèi)容細(xì)胞衰老Hayflick界限細(xì)胞衰老的特征細(xì)胞衰老理論細(xì)胞凋亡第十三章細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡主要內(nèi)容1細(xì)胞凋亡：apoptosis細(xì)胞衰老：cellageing,cellsenescence細(xì)胞凋亡：apoptosis2organismproliferationdifferentiationapoptosisSignaltransductionchromosome（DNA與蛋白質(zhì)的相互作用）agingorganismproliferationdifferent3細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老又稱為老化，通常指生物發(fā)育成熟后，在正常情況下隨著年齡的增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，從而趨向死亡的不可逆現(xiàn)象。

細(xì)胞衰老的特征細(xì)胞衰老的分子機(jī)理細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老又稱為老化，通常指生物發(fā)育成熟后，在正常情況4什么是細(xì)胞衰老?什么是細(xì)胞衰老?51.Hayflick界限概念：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，而不是外部的環(huán)境是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老1.Hayflick界限概念：關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命是有限6細(xì)胞來源人胚肺成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)

40-60

20

2-4不同年齡來源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)可增殖不同年齡來源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)7細(xì)胞最高分裂次數(shù)龜90—125人40—60雞15—35小鼠14—28細(xì)胞最高分裂次數(shù)龜90—1258體外培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞YONGOLD體外培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞YONGOLD9細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見的現(xiàn)象，甚至在個(gè)體發(fā)育的早期也會(huì)發(fā)生;正常情況下終生保持分裂的細(xì)胞，其分裂能力是否隨著有機(jī)體年齡的增高而下降？它們會(huì)不會(huì)衰老？衰老動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是G1期明顯延長(zhǎng);衰老個(gè)體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老;骨髓干細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)說明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速度也趨緩慢.細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見的現(xiàn)象10體外培養(yǎng)細(xì)胞的衰老特點(diǎn)接觸抑制傳代次數(shù)有限，增殖能力有限

1）培養(yǎng)危機(jī)期

2）Hayflick界限特例：永生化細(xì)胞無限傳代，無接觸抑制性多源于惡性腫瘤細(xì)胞體外培養(yǎng)細(xì)胞的衰老特點(diǎn)接觸抑制11衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化細(xì)胞核的變化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化線粒體的變化致密體的生成膜系統(tǒng)的變化

衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化細(xì)胞核的變化12體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，細(xì)胞核隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加不斷增大細(xì)胞核的核膜內(nèi)折（invagination）、染色質(zhì)固縮化

細(xì)胞核的變化體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，細(xì)胞核隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加不斷增大細(xì)13衰老動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量似乎是減少了通常，細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體的變化衰老動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量14膜系統(tǒng)的變化衰老的細(xì)胞，其膜流動(dòng)性降低、韌性減小衰老細(xì)胞間間隙連接;細(xì)胞膜內(nèi)（P面）顆粒的分布也發(fā)生變化膜系統(tǒng)的變化衰老的細(xì)胞，其膜流動(dòng)性降低、韌性減小15細(xì)胞衰老的形態(tài)變化細(xì)胞衰老的形態(tài)變化16生化改變DNA：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)能力降低，端粒DNA丟失，染色體缺失mRNA：合成能力降低，與核糖體結(jié)合能力降低蛋白質(zhì)：合成速度降低，穩(wěn)定性降低，功能降低酶：含量降低，活性降低脂類：脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜的流動(dòng)性降低生化改變DNA：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)能力降低，端粒DNA丟失，染17（一）差錯(cuò)學(xué)派差錯(cuò)學(xué)派認(rèn)為細(xì)胞衰老是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使“差錯(cuò)”積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。細(xì)胞衰老理論

（一）差錯(cuò)學(xué)派差錯(cuò)學(xué)派認(rèn)為細(xì)胞衰老是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)外環(huán)18

代謝廢物積累學(xué)說：脂褐質(zhì)的積累

大分子交聯(lián)學(xué)說：DNA交聯(lián)和膠原交聯(lián)

自由基學(xué)說：氧化損傷學(xué)說

體細(xì)胞突變學(xué)說：突變積累和功能基因的喪失

DNA損傷修復(fù)學(xué)說代謝廢物積累學(xué)說：脂褐質(zhì)的積累19自由基攻擊細(xì)胞的證據(jù)自由基攻擊細(xì)胞的證據(jù)20（二）遺傳學(xué)派遺傳學(xué)派認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過程，一切細(xì)胞均有內(nèi)在的預(yù)定程序決定其壽命。細(xì)胞有限分裂學(xué)說：Hayflick界限重復(fù)基因失活學(xué)說：延遲衰老衰老基因?qū)W說：衰老基因（二）遺傳學(xué)派遺傳學(xué)派認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過程，一切21細(xì)胞衰老理論

氧化性損傷學(xué)說(O2,OH,H2O2)端粒與衰老(mitosisclock)rDNA與衰老沉默信息調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合物（Sircomplex）與衰老

SGS1基因和WRN基因與衰老發(fā)育程序與衰老線粒體DNA與衰老細(xì)胞衰老理論氧化性損傷學(xué)說(O2,OH,H2O2)22端粒失調(diào)引發(fā)腫瘤X-rays

UVOthersOxidativestressOxidativestressTelomeredysfunctionDNAdamageCheckpointactivationSenescenceorapoptosisAccumulationDuringlifeInactivatingmutationsp19ARFp53StemCellCancerSenescence端粒失調(diào)引發(fā)腫瘤X-raysUVOthersO23細(xì)胞衰老引起器官老化及老年性疾病腺體萎縮，激素減少，內(nèi)分泌功能不足免疫細(xì)胞減少、功能減弱，易患感染性疾病、腫瘤老年性疾?。焊哐獕骸⑻悄虿?、老年性癡呆、帕金森病、骨質(zhì)疏松、動(dòng)脈粥樣硬化等－－社會(huì)老齡化，老年病的防治工作重要性日益突出細(xì)胞衰老引起器官老化及老年性疾病腺體萎縮，激素減少，內(nèi)分泌功24Werner綜合征

(WernerSyndromeA)Werner基因最早在1996

年發(fā)現(xiàn)(Chang-Enetal,1996,Science272:258-262)Werner綜合征(WernerSyndromeA)We25成人早衰癥

成人早衰癥26早老癥兒童與正常兒童的比較早老癥兒童與正常兒童的比較27早老癥兒童早老癥兒童28第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件292002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)英國(guó)科學(xué)家悉尼·布倫納（Sydney

Brenner）英國(guó)科學(xué)家約翰·蘇爾斯頓（John

E.

Sulston

）美國(guó)科學(xué)家羅伯特·霍維茨（H.

Robert

Horvitz）

2002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

30 美國(guó)科學(xué)情報(bào)研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收錄及引用論文檢索，全世界自然科學(xué)研究中論文發(fā)表最集中的三個(gè)領(lǐng)域分別是：細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）；細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）；基因組與后基因組學(xué)研究（genomeandpost-genomicanalysis）。 美國(guó)科學(xué)情報(bào)研究所（ISI）1997年SCI（Scien31第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件32 美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）在1988年底發(fā)表的一份題為《什麼是當(dāng)今科研領(lǐng)域的熱門話題？》（“Whatispopularinresearchtoday？”）的調(diào)查報(bào)告中指出，目前全球研究最熱門的是 三種疾?。?/p>

癌癥（cancer）

心血管?。╟ardiovasculardiseases）

愛滋病和肝炎等傳染病

五大研究方向：

細(xì)胞周期調(diào)控（cellcyclecontrol）；

細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）；

細(xì)胞衰老（cellularsenescence）；

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）；

DNA的損傷與修復(fù)（DNAdamageandrepair） 美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）在1988年底發(fā)表的一份題為33第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件34細(xì)胞凋亡研究的模式生物細(xì)胞凋亡研究的模式生物35CaenorhabditiselegansDrosophilamelanogasterArabidopsisthalianaCaenorhabditiselegansDrosophi36

凋亡的生物學(xué)功能凋亡的生物學(xué)功能37(1)Cell1993(HRobertHorvitz)(2)Cell1993(3)Science1994(4)Cell1994(5)Nature1997(6)Cell1998(7)Cell1998(8)Cell1999(9)Nature2000(10)NatureCellBiol

2001(11)Nature2003(12)Cell2003(13)Cell2004(14)NatChemBiol2005(15)Cell2005(16)Science2005(17)NatCellBiol2007袁鈞英YuanJ.

(1)Cell1993(HRobertHorvit381.Cell1994(GoldsteinJLandBrownMS)

2.Cell1996(cytochromec)3.Science19974.Cell19975.Cell1997Apaf-16.Cell1997Apaf-1/caspase-9complex7.Cell19988.NatureCellBiol19999.Cell200010.NatureCellBiol200011.Nature200112.Science200313.Cell200414.Cell2005王曉東WangXD1.Cell1994(GoldsteinJLand39細(xì)胞凋亡的概念及其生物學(xué)意義概念：細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng)結(jié)束生命的過程，受到嚴(yán)格的由遺傳機(jī)制決定的程序性控制，所以也常常被稱為細(xì)胞編程死亡（programmedcelldeath,PCD）。生物學(xué)意義：細(xì)胞凋亡對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)行，自穩(wěn)平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾方面都起著非常關(guān)鍵的作用細(xì)胞凋亡的概念及其生物學(xué)意義概念：細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的由基40胚胎發(fā)育的某個(gè)階段，特定區(qū)域的多余細(xì)胞發(fā)生凋亡，利于器官的形態(tài)形成。如指和趾的形成。1、有利于清除無用細(xì)胞

形態(tài)發(fā)生時(shí)，一些遺跡隨發(fā)育而凋亡。如人胚的尾芽和鰓的定期消亡、蝌蚪退尾、人體性別的分化。細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義胚胎發(fā)育的某個(gè)階段，特定區(qū)域的多余細(xì)胞發(fā)生凋亡，利于器官的形41

凋亡的生物學(xué)意義：1、有利于清除多余細(xì)胞

凋亡的生物學(xué)意義：42

凋亡的生物學(xué)意義2、有利于清除無用細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義43細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量44

3、有利于清除發(fā)育不正常的細(xì)胞

4、有利于清除完成正常使命的衰老細(xì)胞，維持器官、組織細(xì)胞數(shù)目相對(duì)平衡細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義3、有利于清除發(fā)育不正常的細(xì)胞細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義45細(xì)胞凋亡的原因物理性因子：射線，較溫和的溫度刺激等化學(xué)及生物因子：活性氧基團(tuán)和分子，鈣離子載體，正常生理因子的失調(diào)及凋亡因子處理。細(xì)胞凋亡的原因物理性因子：射線，較溫和的溫度刺激等46A、正常細(xì)胞B、凋亡細(xì)胞:凋亡小體A、正常細(xì)胞B、凋亡細(xì)胞:凋亡小體47細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別48凋亡與壞死的區(qū)別凋亡壞死凋亡與壞死的區(qū)別凋亡壞死49細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的主要區(qū)別特征細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死

細(xì)胞核染色質(zhì)邊緣化核濃縮核凝集斷裂核破碎凋亡小體核溶解細(xì)胞質(zhì)濃縮、胞質(zhì)氣泡顯著膨脹細(xì)胞器結(jié)構(gòu)保留細(xì)胞器破壞細(xì)胞膜完整破裂

DNA電泳階梯狀條帶彌散分布條帶合成代謝新RNA蛋白質(zhì)合成合成代謝終止炎癥反應(yīng)無有基因調(diào)節(jié)由凋亡相關(guān)基因調(diào)控與基因調(diào)控?zé)o關(guān)發(fā)生條件多為生理性只為病理性（←）細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的主要區(qū)別特征50細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡的發(fā)生過程，在形態(tài)學(xué)上可分為三個(gè)階段：凋亡的起始：凋亡小體的形成：凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡的發(fā)生過程，在形態(tài)學(xué)上可分為三個(gè)51

凋亡的形態(tài)學(xué)變化凋亡的形態(tài)學(xué)變化52

凋亡生化特征變化

:藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡Lane1．0h2．1h3．2h4．3h5．4h6．Control7．Marker

2.0kbp1.00.50.2凋亡生化特征變化:藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡2.0kbp1.00533.凋亡發(fā)生的分子機(jī)理早期研究(MIT:RobertHorrid,1986)線蟲:1090cells,CED3突變所有的細(xì)胞均不凋亡.CED3在凋亡過程中起到非常關(guān)鍵的作用.線蟲:發(fā)育周期短，全身透明，是研究凋亡的模式生物.131細(xì)胞死亡.3.凋亡發(fā)生的分子機(jī)理早期研究(MIT:RobertH54細(xì)胞凋亡的檢測(cè)◆形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察◆DNA電泳：DNA片段呈現(xiàn)出梯狀條帶◆DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法（TUNEL測(cè)定法）：◆彗星電泳法（cometassay）◆流式細(xì)胞分析細(xì)胞凋亡的檢測(cè)◆形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察551:形態(tài)學(xué)觀察1:形態(tài)學(xué)觀察562:DNA電泳2:DNA電泳572.DNA電泳2.DNA電泳583:ELISA3:ELISA593:ELISA3:ELISA604:DNATUNEL4:DNATUNEL61第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件62第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件63第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件64第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件655:Westernblot檢測(cè)caspase活性5:Westernblot檢測(cè)caspase活性66第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件67第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件68第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件696.細(xì)胞膜

6.細(xì)胞膜70第十三章：細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡ppt課件717.流式細(xì)胞儀分析7.流式細(xì)胞儀分析72線蟲體細(xì)胞凋亡研究：PCD相關(guān)基因15個(gè)，分為四組1、與PCD有關(guān)的基因，負(fù)責(zé)PCD控制：ced-3、ced-4和ced-9。2、與PCD過程吞噬作用有關(guān)：ced-1、ced-2、ced-5-8和ced-10。3、核酸酶基因（nuc-1）,控制DNA降解，但非PCD所必須。4、影響特異細(xì)胞類型PCD的基因：ces-1、ces-2、cgl-1、和her-1.保守性高，在哺乳動(dòng)物中有相應(yīng)同源物：Ced-3=ICE,Ced-4=Apaf-1,Ced-9=Bcl-2.哺乳動(dòng)物:CED3isrelatedtomammalianinterleukin-1?–convertingenzyme(ICEorcaspase-1)線蟲體細(xì)胞凋亡研究：PCD相關(guān)基因15個(gè)，分為四組哺乳動(dòng)物:73

凋亡相關(guān)因子—

caspase

(1)為什么叫做caspase?活性位點(diǎn):Cysteine作用位點(diǎn):Asparaticacid

CysteineAsparaticacidspecificproteaseAps-Xxx天冬氨酸特異性的半光氨酸蛋白水解酶凋亡相關(guān)因子(1)為什么叫做caspase?活性位點(diǎn)74凋亡的兩個(gè)階段：活化階段：

發(fā)出死亡信號(hào)。執(zhí)行階段：

發(fā)出“eatme”信號(hào)。凋亡的兩個(gè)階段：活化階段：75怎樣活化caspases?所有的caspases以前體的形式存在—ProcaspasesProcaspaseN末端結(jié)構(gòu)域:高度可變大亞基(20kD)小亞基(10kD)procaspases活化起始caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)?3類caspase:1、凋亡起始因子:caspase-2,caspase-8,caspase-9andcaspase-102、凋亡執(zhí)行因子:caspase-3,caspase-6，caspase-7and14(morphologychange)3、調(diào)節(jié)因子:caspase-1,andcaspase-11怎樣活化caspases?所有的caspases以前體76Procaspases通過與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合而被活化caspase在凋亡中的級(jí)聯(lián)反應(yīng)Procaspaseactivationbyproteolyticcleavage.CaspasecascadeProcaspases通過與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合而被活化casp77caspase的靶定蛋白:

許多蛋白激酶,包括FAK,PKC,andRaf1.FAK–破壞凋亡細(xì)胞的細(xì)胞連接.Lamins.切斷核纖層蛋白使核纖層磷酸化降解.細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白.如IF,actin,andgelsilin.導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變.

caspase的靶定蛋白:許多蛋白激酶