南開大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)ppt課件5

1、第十三章 程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老機(jī)體結(jié)構(gòu)機(jī)體結(jié)構(gòu)細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖細(xì)胞分化細(xì)胞分化細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(xì)胞死亡 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“死亡程序死亡程序”控制，所以也被稱為程序性細(xì)胞死亡（控制，所以也被稱為程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death, PCD）。）。 一、動(dòng)物細(xì)胞的死亡一、動(dòng)物細(xì)胞的死亡（一）（一）細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡(apoptosis)（二）（二）細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死(necrosis)（三）（三）

2、細(xì)胞自噬細(xì)胞自噬(autophagy) 二、植物細(xì)胞與酵母細(xì)胞的程序性死亡二、植物細(xì)胞與酵母細(xì)胞的程序性死亡(自學(xué)自學(xué))（一）（一）植物細(xì)胞的程序性死亡植物細(xì)胞的程序性死亡（二）（二）酵母細(xì)胞的程序性死亡酵母細(xì)胞的程序性死亡1. 1. 細(xì)胞凋亡的概念和特性細(xì)胞凋亡的概念和特性 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，也常細(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，也常常被稱為細(xì)胞程序死亡（常被稱為細(xì)胞程序死亡（programmed cell death， PCD）。凋亡細(xì)）。凋亡細(xì)胞將被吞噬細(xì)胞吞噬，不引起炎癥反應(yīng)。胞將被吞噬細(xì)胞吞噬，不引起炎癥反應(yīng)。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(xì)胞凋亡1. 細(xì)胞凋亡的概念和特性細(xì)胞

4、凋亡的概念和特性2. 細(xì)胞凋亡的生理意義細(xì)胞凋亡的生理意義3. 細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法4. 細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制 誘導(dǎo)凋亡的因子誘導(dǎo)凋亡的因子（1）Caspase（2）Caspase依賴性的細(xì)胞凋亡依賴性的細(xì)胞凋亡（3）Caspase非依賴性的細(xì)胞凋亡非依賴性的細(xì)胞凋亡（4）生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征凋亡的起始凋亡的起始細(xì)胞表面：特化結(jié)構(gòu)消失，細(xì)胞間 接觸消失；細(xì)胞膜：完整，保持選擇通透性；細(xì)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(xì)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(xì)胞表面：發(fā)泡，泡狀或芽狀突起逐漸分離形成單個(gè)的凋亡小體核染色質(zhì)斷裂成片段，與細(xì)胞器一起被細(xì)胞質(zhì)膜包被。凋亡小體被鄰近吞噬細(xì)胞吞噬凋亡小體被鄰近吞噬細(xì)胞吞噬特點(diǎn)：特點(diǎn)：細(xì)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(yīng)。正常細(xì)胞正常細(xì)胞 凋亡過程、凋亡小體凋亡過程、凋亡小體細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的形態(tài)學(xué)對(duì)比ApoptosisNecrosis細(xì)胞凋亡的生理意義細(xì)胞凋亡對(duì)個(gè)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(xì)胞凋亡的生理意義細(xì)胞凋亡對(duì)個(gè)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(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法（1）形態(tài)學(xué)觀察 （2）DNA電泳 （3）TUNEL測(cè)定法（DNA斷裂的原位末端標(biāo)記） （4）彗星電泳法（comet assay） （5）流式細(xì)胞分析細(xì)胞色素細(xì)胞色素C誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡Lane 1

7、0 h 21 h 32 h 43 h 54 h 6Control 7Marker DNA變化細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制物理性因子物理性因子化學(xué)性因子化學(xué)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(xì)胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的一類蛋白酶存在于細(xì)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(dòng)物細(xì)胞哺乳動(dòng)物細(xì)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(yīng)答死亡信號(hào)，應(yīng)答死亡信號(hào)， 執(zhí)行細(xì)胞死亡程序執(zhí)行細(xì)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(xì)胞支架蛋白，核酸內(nèi)切核酸內(nèi)切酶，細(xì)胞支架蛋白，核酸內(nèi)切酶，參與酶，參與DNA修復(fù)的酶（修復(fù)的酶（PARP）（2）Caspase依賴性的細(xì)胞凋亡依賴性的細(xì)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(yīng)結(jié)構(gòu)域（：死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（death effecto

9、r domain）DISC：死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物：死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)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(xì)胞色素細(xì)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(xì)胞凋亡依賴性的細(xì)胞凋亡Bcl-2蛋白家族蛋白家族（3）Caspase非依賴性的細(xì)胞凋亡非依賴性的細(xì)胞凋亡AIF：凋亡誘導(dǎo)因子（：凋亡誘導(dǎo)因子（apoptosis inducing factor）（3）Caspase非依賴性的細(xì)胞凋亡非依賴性的細(xì)胞凋亡AIF：凋亡誘導(dǎo)因子（：凋亡誘導(dǎo)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(xì)胞凋亡的調(diào)控）生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控1.2.1.（4）生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控）生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控 NF-B, IAP, Bcl-2, P53（二）細(xì)胞壞死（二）細(xì)胞壞死細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的區(qū)別細(xì)胞凋亡和細(xì)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(xì)胞壞死（二）細(xì)胞壞死（三）細(xì)胞自噬（三）細(xì)胞自噬自噬過程的信號(hào)調(diào)控途徑自噬過程的信號(hào)調(diào)控途徑 （一）植物細(xì)胞的程序性死亡（一）植物細(xì)胞的程序性死亡 植物細(xì)胞植物細(xì)胞PCD

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

12、膜的破裂，核裂，核DNA被迅速降解，細(xì)胞內(nèi)含物被水解消化，最后僅剩細(xì)胞壁。被迅速降解，細(xì)胞內(nèi)含物被水解消化，最后僅剩細(xì)胞壁。 能誘導(dǎo)植物細(xì)胞發(fā)生能誘導(dǎo)植物細(xì)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(xì)胞的程序性死亡（二）酵母細(xì)胞的程序性死亡 酵母細(xì)胞酵母細(xì)胞PCD的形態(tài)學(xué)特征與動(dòng)物細(xì)胞凋亡類似：的形態(tài)學(xué)特征與動(dòng)物細(xì)胞凋亡類似：DNA 發(fā)生凝發(fā)生凝聚、邊緣化和斷裂，細(xì)胞色素聚、邊緣化和斷裂，細(xì)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(xì)胞研究表明酵母細(xì)胞PCD機(jī)制與動(dòng)物細(xì)胞的凋亡機(jī)制有類似之處。機(jī)制與動(dòng)物細(xì)胞的凋亡機(jī)制有

13、類似之處。但還未發(fā)現(xiàn)類似動(dòng)物細(xì)胞但還未發(fā)現(xiàn)類似動(dòng)物細(xì)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(rèn)為單細(xì)胞生物的生理意義，有研究者認(rèn)為單細(xì)胞生物“主動(dòng)自殺主動(dòng)自殺”能夠清除適應(yīng)不良的個(gè)體以及控制群體的數(shù)量，特別是在應(yīng)急狀態(tài)下能夠清除適應(yīng)不良的個(gè)體以及控制群體的數(shù)量，特別是在應(yīng)急狀態(tài)下能夠?qū)⒂邢薜臓I(yíng)養(yǎng)供給具有最佳適應(yīng)性的個(gè)體。能夠?qū)⒂邢薜臓I(yíng)養(yǎng)供給具有最佳適應(yīng)性的個(gè)體。第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老一、一、細(xì)胞衰老的概念及特征細(xì)胞衰老的概念及特征二、細(xì)胞衰老的分子機(jī)制二、細(xì)胞衰老的分子機(jī)制（一）（一）復(fù)制衰老的機(jī)制復(fù)制衰老的機(jī)制（二）（二）脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰

14、老脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老（三）（三）單細(xì)胞生物的衰老單細(xì)胞生物的衰老三、細(xì)胞衰老與個(gè)體衰老和癌癥的關(guān)系（自學(xué)）三、細(xì)胞衰老與個(gè)體衰老和癌癥的關(guān)系（自學(xué)）一、細(xì)胞衰老的概念及特征一、細(xì)胞衰老的概念及特征 細(xì)胞衰老（細(xì)胞衰老（cell ageing, cellsenescence）一般含義是復(fù)制衰老）一般含義是復(fù)制衰老（replicative senescence, RS），指體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次），指體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，停止分裂，細(xì)胞形態(tài)和生理活動(dòng)發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。數(shù)的分裂后，停止分裂，細(xì)胞形態(tài)和生理活動(dòng)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(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(xì)的工作表明，細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(xì)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(xì)胞衰老過程形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的變化細(xì)胞衰老過程形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的變化 主要表現(xiàn)在細(xì)胞皺縮，膜通透性、脆性增加，核膜內(nèi)折，主要表現(xiàn)在細(xì)胞皺縮，膜通透性、脆性增加，核膜內(nèi)折，細(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡或壞死。質(zhì)沉積，最終出現(xiàn)細(xì)胞

16、凋亡或壞死。 （一）細(xì)胞核的變化：核增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)（一）細(xì)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(dòng)性降低（五）膜系統(tǒng)的變化：粘度增加，流動(dòng)性降低 此外，細(xì)胞間的間隙連接減少，連接的膜內(nèi)顆粒聚集體變此外，細(xì)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(fù)制衰老的機(jī)制（一）復(fù)制衰老的機(jī)制（

17、二）脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老（二）脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老氧化性損傷理論氧化性損傷理論: 該理論認(rèn)為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（該理論認(rèn)為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（reactive oxygen species，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)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(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。清除從而導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。清除ROS，就可以延長(zhǎng)壽命。，就可以延長(zhǎng)壽命。（三）單細(xì)胞生物的衰老（三）單細(xì)胞生物的衰老 芽殖芽殖 酵母細(xì)胞核糖體酵母細(xì)胞核糖體rRNA基因，通過同源重組，一個(gè)環(huán)形拷基因，通過同源重組，一個(gè)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(xì)胞周期中不斷在其后的細(xì)胞周期中不斷復(fù)