細(xì)胞周期細(xì)胞凋亡

關(guān)于細(xì)胞周期細(xì)胞凋亡第1頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Section1Introduction第2頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五細(xì)胞周期（cellcycle）就是指細(xì)胞生長與分裂的周期，即細(xì)胞在一次分裂結(jié)束開始生長，到下一次分裂完成所經(jīng)歷的過程。第3頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五1.PhasesofCellCycle細(xì)胞周期一般包含下列四個階段：G1期：從有絲分裂完成到DNA復(fù)制之前的一段時(shí)期；S期：為DNA復(fù)制的時(shí)期；G2期：從DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始的一段時(shí)期；M期：從細(xì)胞分裂開始到結(jié)束的時(shí)期。第4頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五PhasesofCellCycleG0第5頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五第6頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五2.CharacteristicsofCellCyclePhasesG1期：細(xì)胞周期的大部分時(shí)相處于G1期，動物細(xì)胞一般為6~12小時(shí)。該期主要的生化活動是合成RNA和蛋白質(zhì)。S期：此期一般持續(xù)6~8小時(shí)，其長短主要由基因組的復(fù)雜度決定。該期主要的生化活動是復(fù)制DNA。第7頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五G2期：是最短的時(shí)相。該期主要的生化活動是合成一些與有絲分裂有關(guān)的蛋白質(zhì)。M期：該期很短，一般持續(xù)0.5~2小時(shí)。該期生化合成停止，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，一個母細(xì)胞分裂成2個子代細(xì)胞。第8頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五3.CheckingPointsofCellCycle真核細(xì)胞的分裂增殖必須經(jīng)過兩個關(guān)鍵的調(diào)控點(diǎn)：即DNA合成開始時(shí)的G1→S期的轉(zhuǎn)換和有絲分裂開始時(shí)的G2→M期的轉(zhuǎn)換。細(xì)胞必須在順利經(jīng)過這兩個調(diào)控關(guān)鍵點(diǎn)之后，才可能完成細(xì)胞的分裂增殖，即細(xì)胞周期。除此之外，細(xì)胞由G0→G1期的轉(zhuǎn)換，也涉及另外一個調(diào)控點(diǎn)。第9頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五細(xì)胞周期中各關(guān)鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，是通過各種調(diào)控因子相互作用，構(gòu)成級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。這一調(diào)控系統(tǒng)的核心就是周期素依賴的蛋白激酶（cyclin-dependentproteinkinase，CDK）家族。正是該家族成員的順序激活和對關(guān)鍵底物的磷酸化促進(jìn)細(xì)胞周期的有序進(jìn)程，啟動并完成G1→S期和G2→M期的轉(zhuǎn)換。第10頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Section2RegulationofCellCycle第11頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五1.GrowthFactorsandtheirReceptors生長因子，如EGF、PDGF、TGF、FGF、NGF、IL-2等，與相應(yīng)的靶細(xì)胞膜受體結(jié)合后，即可通過細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)相關(guān)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，啟動細(xì)胞增殖過程。第12頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五2.StructureandFunctionofCyclin周期素都是CDK的調(diào)節(jié)亞基，分別在細(xì)胞周期的不同時(shí)期積累，激活CDK，使其具有催化關(guān)鍵底物的磷酸化修飾并調(diào)節(jié)其活性。在高等真核細(xì)胞中，周期素至少分為A、B、C、D、E、F、G等幾大類。第13頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五周期素的家族成員第14頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五五大類周期素中都含有由100～150個氨基酸殘基組成的保守區(qū)，稱為周期素盒（cyclinbox），是與CDK相互作用的活性區(qū)域。此外，還可含有降解盒（destructionbox）或PEST序列（脯-谷-絲-蘇），可通過定時(shí)降解或快速轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)周期素的水平。第15頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五按周期素表達(dá)及作用的細(xì)胞周期階段的不同，可將其分為G1期（D、E）和M期（A、B）兩大類。第16頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五TheExpressionalLevelsofCyclinsduringCellCycle第17頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五TheRelationshipofCyclinExpressionalLevelswithDNAReplication第18頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五是指在G1期或G1→S期轉(zhuǎn)換點(diǎn)發(fā)揮作用，并能啟動細(xì)胞周期，促進(jìn)DNA合成的周期素。G1期周期素主要包括周期素C、D、E等，這些周期素通常在細(xì)胞周期的G1期時(shí)活性升高，而在S期以后則逐漸降至較低的水平。2.1CyclinsduringG1Phase

第19頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五周期素C：周期素C的C-端存在一個PEST序列，其細(xì)胞內(nèi)的水平在G1期中點(diǎn)達(dá)高峰。第20頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五周期素D：周期素D至少有D1、D2、D3三種亞型。周期素D的C-端存在一個PEST序列；N-端含有一個與DNA腫瘤病毒轉(zhuǎn)化蛋白共同的順序Leu-X-Cys-X-Glu，是周期素D與p110Rb等蛋白結(jié)合所必需。第21頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五不同亞型周期素D在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)模式不同，但主要是在G1期處于較高的表達(dá)水平。第22頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五周期素E：有E1和E2兩種亞型，其細(xì)胞內(nèi)的水平在G1/S調(diào)控點(diǎn)達(dá)峰值。第23頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五是指在G2→M期轉(zhuǎn)換處發(fā)揮作用，誘導(dǎo)細(xì)胞分裂的周期素，包括周期素A和B兩類。這類蛋白在其N-端含有一個降解盒（destructionbox），在M期通過泛素（ubiquitin）途徑降解。2.2CyclinsduringMPhase第24頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五周期素A：包括三種亞型：A1、A2和A3。在細(xì)胞周期的DNA合成之前出現(xiàn)，并不斷增加，與啟動DNA復(fù)制有關(guān)，主要在S期發(fā)揮作用。CyclinA3第25頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五周期素B：周期素B在人類有兩種亞型，B1和B2。周期素B水平的變化主要由其降解速率來調(diào)控。周期素B在S晚期出現(xiàn)，在細(xì)胞進(jìn)入M期之前，其水平呈線性增高，當(dāng)達(dá)到一定閾值時(shí)，促使CDK激活；當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入M期后，周期素B降解速率增加，水平驟然下降，CDK失活。第26頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五3.StructureandFunctionofCDK人們對CDK的認(rèn)識，最初是通過研究培養(yǎng)細(xì)胞和酵母細(xì)胞而得到的。目前已經(jīng)確定的CDK有：裂殖酵母中CdC2；釀酒酵母中的CdC28、PHO85、KIN28以及人類細(xì)胞中CDK1～10。3.1TypesandCharactersofCDK第27頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五CDKFamilyinHuman第28頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五CDK的分子量一般為35～40kD，不同CDK的氨基酸組成有40%以上的同源性。典型的CDK催化亞基的活性中心約由300個氨基酸殘基組成，當(dāng)處于單體或非磷酸化狀態(tài)時(shí)，CDK沒有催化活性。第29頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五MolecularStructureofCDK2第30頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五CDK的催化活性受到激活因素與抑制因素兩方面的調(diào)節(jié)。在激活因素中，目前認(rèn)為CDK與周期素的結(jié)合以及保守的蘇氨酸殘基的磷酸化是較為重要的兩種調(diào)節(jié)因素；而在抑制因素中，CDK的N-端氨基酸殘基的抑制性磷酸化以及抑制蛋白的結(jié)合是主要的調(diào)節(jié)因素。3.2RegulationofCDKActivity第31頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五

周期素的激活作用：周期素中的“周期素盒”結(jié)構(gòu)域直接和CDK的結(jié)合，并與CDK的激活相關(guān)，周期素是CDK的正性調(diào)節(jié)劑。周期素的這兩種功能是密切相關(guān)的，而這種結(jié)合與激活作用主要通過周期素在細(xì)胞周期中的濃度波動來調(diào)控。3.2.1ActivationofCDK第32頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五CyclinA-CDK2ComplexwithATPBound第33頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五磷酸化修飾的激活作用：CDK的激活還必須依賴于其保守的蘇氨酸殘基的磷酸化，如在人CDK1（p34cdc2）的Thr161和CDK2的Thr160的磷酸化，就與這兩個酶的激活相關(guān)。第34頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五催化CDK1和CDK2磷酸化的酶是CAK，該酶是一種寡聚體，其催化亞基為CDK7，調(diào)節(jié)亞基為周期素H，另需一組裝蛋白因子MAT1以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。MAT1——CDK-activatingkinaseassemblyfactor1

第35頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五ComplexofCDK7–CyclinH-MAT1CyclinHCDK7MAT1第36頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五

磷酸化修飾的抑制作用：在人的CDK1和CDK2中，Thr14和Tyr15殘基的磷酸化可抑制CDK的催化活性。其原因在于上述殘基的側(cè)鏈位于該酶活性中心ATP結(jié)合部位的頂端，因而對激酶的磷酸化作用產(chǎn)生了阻礙。3.2.2InhibitionofCDK第37頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五催化Thr14和Tyr15磷酸化的是兩種不同的蛋白激酶，使Thr14磷酸化的為蛋白激酶Myt1

，使Tyr15磷酸化的是蛋白激酶Wee1/Mik1。催化Thr14和Tyr15脫磷酸化的是蛋白磷酸酶CDC25。因此，蛋白激酶Wee1和Myt1及蛋白磷酸酶CDC25的相對活性，決定CDK1和CDK2的活性高低。第38頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五RegulationofCDKActivityCAK第39頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五抑制蛋白的作用：近年來，已分離并鑒定了若干能夠與周期素-CDK復(fù)合物特異性結(jié)合并抑制其活性的蛋白因子，這些蛋白因子被稱為周期素依賴性蛋白激酶抑制蛋白（CKI）。大部分CKI都是抑癌基因的編碼產(chǎn)物。第40頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五在哺乳動物細(xì)胞中，目前已經(jīng)確定的CKI主要有：P21WAF1/CIP1、P27KIP1、P16INK4和P15INK4B，可分別抑制各型CDK的活性。第41頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五P21WAF1/CIP1：是由抑癌基因WAF1/CIP1編碼合成的蛋白質(zhì)，幾乎能與所有的周期素-CDK復(fù)合物結(jié)合，抑制其蛋白激酶活性，使細(xì)胞停留在G1期。第42頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五P27KIP1：是由抑癌基因KIP1編碼合成的蛋白質(zhì)，也能與幾乎所有的周期素-CDK復(fù)合物結(jié)合，抑制其蛋白激酶活性，使細(xì)胞停留于G1期。第43頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五p27-cyclin-cdkcomplex第44頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五P16INK4A和P15INK4B：是分別由抑癌基因INK4A/MTS1和INK4B/MTS2編碼合成的蛋白質(zhì)，能專一性的與CDK4和CDK6結(jié)合，并阻止其與周期素的結(jié)合反應(yīng)，從而抑制其蛋白激酶活性，使細(xì)胞停留于G1期。第45頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五P53：由抑癌基因p53編碼合成的蛋白質(zhì)，是WAF1/CIP1基因的轉(zhuǎn)錄激活因子。因此，P53的表達(dá)可促進(jìn)P21WAF1/CIP1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而抑制CDK的蛋白激酶活性。第46頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五FunctionofP53第47頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五PRb：是由Rb抑癌基因編碼合成的蛋白質(zhì)，有低磷酸化型和高磷酸型兩種型式。低磷酸化型的PRb可與轉(zhuǎn)錄因子E2F形成復(fù)合體，抑制其轉(zhuǎn)錄激活作用，阻止細(xì)胞分裂；而高磷酸化型的PRb則不能與E2F形成復(fù)合體。催化PRb由低磷酸化型轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡姿峄偷牡鞍准っ妇褪歉餍虲DK。第48頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五第49頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Rbfunctionislinkedtoothertumorsuppressors第50頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)制第51頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Smad3/4——Mothersagainstdecapentaplegichomolog3/4ATM——Serine-proteinkinaseATMATR——Serine-proteinkinaseATRSKP2——S-phasekinase-associatedprotein2SCF——Skip1-cullin/cdc53-F-boxproteinGSK3——Glycogensynthasekinase3HDAC——HistonedeacetylaseDP-1——TranscriptionfactorDp-1第52頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Chapter8CellApoptosis第53頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Section1Introduction第54頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五細(xì)胞死亡也是一種重要的生命過程。目前，經(jīng)“細(xì)胞死亡命名委員會(NCCD)”確認(rèn)的細(xì)胞死亡類型至少有10余種。其中，由NCCD明確鑒定的細(xì)胞死亡類型包括：細(xì)胞壞死(cellnecrosis)、細(xì)胞凋亡(cellapoptosis)和細(xì)胞自噬(cellautophage)。第55頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五1.ConceptofCellApoptosis細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）是指細(xì)胞自殺機(jī)制被活化而引發(fā)的一種以細(xì)胞固縮為主要形態(tài)學(xué)改變的程序性細(xì)胞死亡。細(xì)胞凋亡的發(fā)生受凋亡相關(guān)基因的調(diào)控。凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)改變主要發(fā)生在細(xì)胞核。凋亡時(shí)，由于細(xì)胞膜保持完整，無內(nèi)容物溢出，故一般不會引起炎癥反應(yīng)。第56頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五第57頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五2.MorphologicandBiochemicalCharactersofCellApoptosis凋亡細(xì)胞出現(xiàn)特征性的形態(tài)學(xué)改變：染色質(zhì)密集，呈邊緣化；核固縮；DNA鏈斷裂；出現(xiàn)凋亡小體。2.1MorphologicCharacters第58頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五ProcessingofCellDeath第59頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五ComparisonofNecroticwithApoptoticCellsnormalcellapoptoticcellnecroticcell第60頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五ApoptoticCellandMacrophage第61頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五凋亡細(xì)胞的典型生化改變是將其基因組DNA進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳時(shí)，DNA片段表現(xiàn)為間隔180~200bp的階梯狀條帶。2.2BiochemicalCharacters第62頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五3.PhysiologicalSignificancesofCellApoptosis細(xì)胞凋亡是多細(xì)胞生物生命活動過程中的重要內(nèi)容。細(xì)胞凋亡貫穿于動物全部生命周期中，是保證個體發(fā)育成熟所必需的過程。第63頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Section2GenesandTheirProteinsRelatedtoApoptosis第64頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五1.CedGeneFamilyCed基因家族是線蟲的細(xì)胞凋亡相關(guān)基因，包括Ced-3、Ced-4、Ced-9等。其中，Ced-3基因編碼產(chǎn)物與人半胱氨酸蛋白酶（如ICE）同源，Ced-4基因編碼產(chǎn)物與人Apaf-1蛋白同源，Ced-9的編碼產(chǎn)物與人的bcl-2有同源性。第65頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Ced基因家族的表達(dá)產(chǎn)物中，Ced-3和Ced-4能促進(jìn)細(xì)胞凋亡；而Ced-9能與Ced-3和Ced-4形成復(fù)合物并抑制其活性，從而抑制細(xì)胞凋亡。第66頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五RegulationofCedProteinsforCellApoptosis第67頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五2.rprGenerpr基因是果蠅的凋亡相關(guān)基因，該基因編碼一種與Fas的DD結(jié)構(gòu)域同源的小分子多肽，以Fas介導(dǎo)凋亡類似的方式激活I(lǐng)CE/Ced-3樣蛋白酶，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。第68頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五3.bcl-2GeneSuperfamilybcl-2基因定位于人第18號染色體上，與線蟲的ced-9基因同源，能編碼26kD的Bcl-2和22kD的Bcl-2兩種蛋白。bcl-2基因?yàn)榈蛲鲆种苹?，其表達(dá)產(chǎn)物是膜整合蛋白。第69頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Bcl-2（Bcl-XL）蛋白具有下列抗凋亡作用：能抑制線粒體PT孔（通透性轉(zhuǎn)變孔）開放，減少Cytc和凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）的釋放；能結(jié)合和滅活A(yù)paf-1，阻斷其對caspase-9活化；能特異地結(jié)合Cytc，阻止其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。第70頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)至少存在29個bcl-2基因的同源物，它們在線粒體介導(dǎo)的凋亡途徑中起調(diào)控作用。Bcl-2蛋白家族成員都含有1~4個Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域（BH1~4），并且通常有一個羧基端跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembraneregion，TM）。第71頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五一般說來，BH4是抗凋亡蛋白所特有的結(jié)構(gòu)域，BH3則是與促進(jìn)凋亡有關(guān)的結(jié)構(gòu)域。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，bcl-2家族成員中，有些具有抗凋亡活性，有些則具有促凋亡活性。第72頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)可將Bcl-2家族分為兩大類：抗凋亡的（anti-apoptotic）：如Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1等。促凋亡的（pro-apoptotic）：包括多結(jié)構(gòu)域的（如Bax、Bak、Bok）和只有BH3結(jié)構(gòu)域的（如Bad、Bid、Bim、Bik等）兩種亞類。第73頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五MolecularStructureofBcl-2ProteinFamily第74頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Bcl-2蛋白家族成員第75頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Bcl-2蛋白主要定位于線粒體外膜，可與促凋亡蛋白形成復(fù)合體，抑制其作用，因而具有拮抗促凋亡蛋白的功能。而大多數(shù)Bcl-2家族的促凋亡蛋白則主要定位于細(xì)胞漿，一旦細(xì)胞受到凋亡因子的誘導(dǎo)，即可向線粒體膜轉(zhuǎn)位。第76頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五這些促凋亡蛋白通過寡聚化，在線粒體外膜形成跨膜通道；或者開啟線粒體的通透性轉(zhuǎn)變孔（permeabilitytransitionpore，PT），促使線粒體內(nèi)的凋亡因子（cytc）釋放，激活蛋白水解酶caspase，引發(fā)細(xì)胞凋亡。第77頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Anti-apoptosisandPro-apoptosisEffectsofBcl-2RelatedProteins第78頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五4.CaspaseGeneSuperfamily哺乳動物中存在的白介素-1-轉(zhuǎn)化酶（ICE）是細(xì)胞凋亡蛋白酶，與線蟲的Ced-3同源，都屬于胱-天蛋白酶家族（cysteineaspartate-specificprotease，caspase）。這些蛋白酶是引起細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵酶，一旦被信號途徑激活，能將細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解，使細(xì)胞不可逆的走向死亡。第79頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Activesite:CysteineCleavagesite:Asparaticacid

CysteineAsparaticacidspecificproteaseAsp-Xxx天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶第80頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五在人類細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)13個ICE同源物，分為2個亞家族：ICE亞家族——包括caspase-1、4、5、11、12、13等，主要參與炎癥反應(yīng)；CED-3亞家族——包括caspase-2、3、6、7、8、9、10等，主要參與細(xì)胞凋亡。第81頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五TypesofICERelatedProteins第82頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五目前已經(jīng)鑒定的caspase的水解底物包括：多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）；纖層蛋白（lamins）；caspase依賴的DNA酶抑制蛋白（ICAD）；小核蛋白體蛋白（HnRNPproteins）等20多種。第83頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五TheSubstratesofCaspases第84頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）是一種與DNA損傷修復(fù)、基因完整性監(jiān)護(hù)有關(guān)的聚合酶，其作用是將NAD+分子中的ADP轉(zhuǎn)移到與DNA修復(fù)相關(guān)的酶分子上，提高其催化效率。當(dāng)細(xì)胞凋亡啟動時(shí)，PARP被caspase剪切，導(dǎo)致受PARP負(fù)調(diào)控的核酸內(nèi)切酶活性增高，進(jìn)而裂解核小體之間的DNA，引發(fā)細(xì)胞凋亡。第85頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五纖層蛋白（lamins）屬于中間纖維絲蛋白家族，參與構(gòu)成支撐核內(nèi)膜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時(shí)對染色質(zhì)的定向和組織起作用。小核糖體蛋白（HnRNPproteins）則參與構(gòu)成小核蛋白體，與hnRNA的成熟加工有關(guān)。第86頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五5.Apaf-1GeneApaf-1基因表達(dá)的Apaf-1蛋白為凋亡酶激活因子-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1），與線蟲的Ced-4蛋白同源，在線粒體介導(dǎo)的凋亡途徑中起重要作用。第87頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Apaf-1含有3個不同的結(jié)構(gòu)域：CARD（caspaserecruitmentdomain）結(jié)構(gòu)域，能召集caspase-9；Ced-4同源結(jié)構(gòu)域，能結(jié)合ATP/dATP；C端結(jié)構(gòu)域，含有色氨酸/天冬氨酸重復(fù)序列，當(dāng)細(xì)胞色素c結(jié)合到這一區(qū)域后，能引起Apaf-1多聚化而激活。第88頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Apaf-1具有激活caspase-3的作用，而這一過程又需要細(xì)胞色素c（Apaf-2）和caspase-9（Apaf-3）參與。Apaf-1-細(xì)胞色素c復(fù)合體與ATP/dATP結(jié)合后，Apaf-1就可以通過其CARD結(jié)構(gòu)域召集caspase-9，形成凋亡體（apoptosome），激活caspase-3，啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)。第89頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五凋亡體的形成第90頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五凋亡體與caspase級聯(lián)反應(yīng)第91頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Fas基因，定位于人第10號染色體上，其編碼產(chǎn)物為45kD的跨膜受體，屬于TNF受體家族。Fas受體（又稱APO-1或CD95）的分子結(jié)構(gòu)可分為三個區(qū)，即具有三個富含半胱氨酸的胞外區(qū)、跨膜區(qū)和具有死亡結(jié)構(gòu)域（Deathdomain，DD）的胞內(nèi)區(qū)。6.FasandFasLGenes第92頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Fas的胞內(nèi)區(qū)DD結(jié)構(gòu)域可與接頭蛋白FADD（Fasassociateddeathdomainprotein）偶聯(lián)，然后再通過FADD的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域（deatheffecterdomain，DED）與Pro-caspase-8偶聯(lián)，從而將胞外的凋亡信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)。第93頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Fas的分子結(jié)構(gòu)DD——deathdomainDED——deatheffectordomainFADD——Fasassociateddeathdomain第94頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Fas與其配體（FasL）的相互作用，是引發(fā)細(xì)胞凋亡的主要途徑之一。Fas與其抗體或FasL結(jié)合后，可迅速激活caspase級聯(lián)反應(yīng)，裂解DNA，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。第95頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五FasL基因定位于人第1號染色體上，主要在活化的淋巴細(xì)胞表面表達(dá)，產(chǎn)生凋亡信號；也可在T細(xì)胞激活過程中被誘導(dǎo)表達(dá)。Fas與FasL的協(xié)同表達(dá)，對胸腺中T淋巴細(xì)胞的發(fā)育、分化與凋亡以及細(xì)胞毒活性起調(diào)節(jié)作用。第96頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五7.IAPGeneSuperfamily細(xì)胞凋亡抑制因子（inhibitorofapoptosis，IAP）超家族的成員較多，如c-IAP1，c-IAP2，XIAP，NIAP和Survivin等，新的成員仍在不斷被發(fā)現(xiàn)。IAP家族成員有一個共同的特征，含有一個或多個70個氨基酸的重復(fù)序列（BIR），類似于zinc指狀的結(jié)構(gòu)。c-IAP1、c-IAP2和XIAP還含有環(huán)指狀結(jié)構(gòu)域（RING）。第97頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五MolecularStructureofHumanCellularIAPs第98頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五BIR功能域和之間的連接區(qū)域介導(dǎo)對caspase的抑制作用，而環(huán)指狀結(jié)構(gòu)域（RING）則具有泛素化蛋白連接酶的作用，介導(dǎo)caspase-3和-7的泛素化降解作用。第99頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五p53基因定位于人的第17號染色體上，是一種多功能基因，其表達(dá)產(chǎn)物P53能在G1期監(jiān)視DNA的完整性。如有損傷，則抑制細(xì)胞增殖，直到DNA修復(fù)完成；如受損DNA不能修復(fù)，則誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入凋亡程序。8.p53Gene第100頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五P53作為一種轉(zhuǎn)錄因子，是Bax的正調(diào)節(jié)因子，Bcl-2的負(fù)調(diào)節(jié)因子。當(dāng)細(xì)胞受到射線照射后，P53可迅速上調(diào)Bax的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。第101頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五c-myc基因也是一種多功能基因，定位于人第8號染色體，編碼分子量為62kD的蛋白質(zhì)。c-Myc蛋白位于細(xì)胞核內(nèi)，具有轉(zhuǎn)錄因子活性，一方面能激活控制細(xì)胞增殖的基因，另一方面也能激活促進(jìn)細(xì)胞凋亡的基因表達(dá)，故具有促進(jìn)細(xì)胞增殖和凋亡的雙重效應(yīng)。9.c-MycGene第102頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五c-Myc與Bcl-2之間存在協(xié)同作用。Bcl-2能抑制c-Myc所致細(xì)胞凋亡，但不影響其促有絲分裂作用，即當(dāng)生長因子存在、Bcl-2表達(dá)時(shí)，c-Myc促進(jìn)細(xì)胞增殖，反之則細(xì)胞凋亡。第103頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五c-Myc蛋白的作用機(jī)理與另一種轉(zhuǎn)錄因子Max形成異源二聚體有關(guān)。此復(fù)合物可與特定的DNA序列相結(jié)合，發(fā)揮調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。已知這兩種轉(zhuǎn)錄因子可形成Myc-Max和Max-Max兩種不同的二聚體，但它們都能與同一DNA序列相結(jié)合，產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)效應(yīng)。當(dāng)缺乏生長因子時(shí)，更多的形成Myc-Max復(fù)合物，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。第104頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五ComplexesofMyc,MaxandMad第105頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五RegulatingRolesofMyc第106頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Section3MolecularMechanismsforCellApoptosis第107頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五目前已知，細(xì)胞凋亡可分為caspase依賴和caspase不依賴兩種機(jī)制，而caspase依賴的細(xì)胞凋亡又包括三種方式：受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（外源通路）；線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（內(nèi)源通路）；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡（內(nèi)源通路）。第108頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五由存在于細(xì)胞膜上的死亡受體介導(dǎo)，將外源性凋亡信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)細(xì)胞調(diào)亡。常見的死亡受體包括：TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等。1.1CellApoptosisMediatedbyDeathReceptor1.Caspase-dependentCellApoptosis第109頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五ProcessofCellApoptosisMediatedbyDeathReceptor死亡受體與配體結(jié)合，使受體三聚化受體胞內(nèi)DD區(qū)構(gòu)象改變，與接頭蛋白FADD的DD區(qū)結(jié)合FADD的N端DED區(qū)與caspase-8（或-10）前體蛋白結(jié)合，形成凋亡誘導(dǎo)的信號復(fù)合體（DISC）第110頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五caspase-8、10自身剪切激活，啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)caspase-3，-6，-7激活降解CAD抑制蛋白（ICAD/DFF-45），釋放出caspase依賴的DNase（CAD）降解DNA，引發(fā)細(xì)胞凋亡第111頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五第112頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五DeathReceptorApoptoticPathwayFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。第113頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五1.2CellApoptosisMediatedbyMitochondria第114頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五第115頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五物理或化學(xué)凋亡信號激活Bax、Bad、Bid等促凋亡蛋白，線粒體PT孔開放或形成線粒體凋亡因子（Cytc等）滲透出線粒體ProcessofCellApoptosisMediatedbyMitochondria第116頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五Cytc與Apaf-1及pro-caspase-9組成凋亡體caspase-9激活并啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)降解ICAD及細(xì)胞功能或結(jié)構(gòu)蛋白，引發(fā)細(xì)胞凋亡第117頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五MitochondrialApoptoticPathway第118頁，共126頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)22分，星期五1.3CellApoptosisMediatedbyEndoplasmicReticulum內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在維持細(xì)胞內(nèi)鈣離子內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、膜蛋白的合成、修飾和折疊等方面有關(guān)鍵性作用。