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)胞衰老演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有60頁\編輯于星期五（優(yōu)選）程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老現(xiàn)在是2頁\一共有60頁\編輯于星期五2002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。H.RobertHorvitzJohnE.SulstonSydneyBrenner現(xiàn)在是3頁\一共有60頁\編輯于星期五現(xiàn)在是4頁\一共有60頁\編輯于星期五一、動物細(xì)胞的PCD（一）細(xì)胞壞死（二）細(xì)胞凋亡（研究較深入）（三）自噬現(xiàn)在是5頁\一共有60頁\編輯于星期五（一）細(xì)胞壞死

1.特點被動是細(xì)胞受到意外損傷時立即出現(xiàn)的反應(yīng)?！続TP】↘

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隨機降解，彌散帶。現(xiàn)在是6頁\一共有60頁\編輯于星期五壞死細(xì)胞的形態(tài)變化2.意義：“替補”凋亡凋亡不能正常發(fā)生而細(xì)胞必須死亡時?，F(xiàn)在是7頁\一共有60頁\編輯于星期五（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?，F(xiàn)在是8頁\一共有60頁\編輯于星期五現(xiàn)在是9頁\一共有60頁\編輯于星期五胸腺細(xì)胞正常凋亡現(xiàn)在是10頁\一共有60頁\編輯于星期五胸腺細(xì)胞正常凋亡現(xiàn)在是11頁\一共有60頁\編輯于星期五小結(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)上現(xiàn)在是12頁\一共有60頁\編輯于星期五

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)控因子合成現(xiàn)在是13頁\一共有60頁\編輯于星期五2、細(xì)胞凋亡的生理和病理學(xué)意義生理學(xué)意義：

生長發(fā)育：組織與器官的塑造（趾的分化）；動物變態(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：清除體內(nèi)多余、受損或危險的細(xì)胞而不對周圍的細(xì)胞或組織產(chǎn)生損害。現(xiàn)在是14頁\一共有60頁\編輯于星期五Sculptingthedigitsinthedevelopingmousepawbyapoptosis（Wood2000）趾的分化現(xiàn)在是15頁\一共有60頁\編輯于星期五趾的分化現(xiàn)在是16頁\一共有60頁\編輯于星期五動物變態(tài)現(xiàn)在是17頁\一共有60頁\編輯于星期五細(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)胞建立連接現(xiàn)在是18頁\一共有60頁\編輯于星期五病理學(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?。患?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。現(xiàn)在是19頁\一共有60頁\編輯于星期五3、細(xì)胞凋亡的檢測方法形態(tài)學(xué)觀測：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)現(xiàn)在是20頁\一共有60頁\編輯于星期五梯狀條帶現(xiàn)在是21頁\一共有60頁\編輯于星期五彗星電泳法凝膠中裂解，短時電泳。正常細(xì)胞圓球形?，F(xiàn)在是22頁\一共有60頁\編輯于星期五4、細(xì)胞凋亡的分子機制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)胞凋亡現(xiàn)在是23頁\一共有60頁\編輯于星期五模式生物：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?，F(xiàn)在是24頁\一共有60頁\編輯于星期五有1090個體細(xì)胞，131個細(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）。現(xiàn)在是25頁\一共有60頁\編輯于星期五（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：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）。哺乳動物caspase超家族15種P448表13-1現(xiàn)在是26頁\一共有60頁\編輯于星期五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現(xiàn)在是27頁\一共有60頁\編輯于星期五Caspase活化凋亡信號↓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現(xiàn)在是28頁\一共有60頁\編輯于星期五異二聚體級聯(lián)放大現(xiàn)在是29頁\一共有60頁\編輯于星期五（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現(xiàn)在是30頁\一共有60頁\編輯于星期五①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?，F(xiàn)在是31頁\一共有60頁\編輯于星期五②

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)招募凋亡信號通路中的信號分子。fas又稱作APO-1，1993年人白細(xì)胞分型國際會議統(tǒng)一命名為CD95?，F(xiàn)在是32頁\一共有60頁\編輯于星期五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。現(xiàn)在是33頁\一共有60頁\編輯于星期五③Bcl-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將信號傳遞到線粒體引發(fā)凋亡的內(nèi)源途徑，使凋亡信號進一步擴大。含有1-4個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?，F(xiàn)在是34頁\一共有60頁\編輯于星期五現(xiàn)在是35頁\一共有60頁\編輯于星期五Bcl-2genefamily（Zimmermann2001）現(xiàn)在是36頁\一共有60頁\編輯于星期五BCL-2家族成員現(xiàn)在是37頁\一共有60頁\編輯于星期五④Apaf-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。現(xiàn)在是38頁\一共有60頁\編輯于星期五王曉東：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?，F(xiàn)在是39頁\一共有60頁\編輯于星期五Caspase級聯(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片段現(xiàn)在是40頁\一共有60頁\編輯于星期五存活因子：多種有絲分裂原、生長因子?！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)控現(xiàn)在是41頁\一共有60頁\編輯于星期五外源性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ATM是DNA損傷檢驗的重要蛋白激酶，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?，F(xiàn)在是42頁\一共有60頁\編輯于星期五NF-κB現(xiàn)在是43頁\一共有60頁\編輯于星期五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）分子警察現(xiàn)在是44頁\一共有60頁\編輯于星期五P53的促凋亡機制：（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)定性現(xiàn)在是45頁\一共有60頁\編輯于星期五(三)自噬

壽命較長的細(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)危機細(xì)胞凋亡的補充途徑（凋亡關(guān)鍵因子被抑制時）3.機制（了解較少）PI3K/AKT信號途徑P45713-9現(xiàn)在是46頁\一共有60頁\編輯于星期五二、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?，F(xiàn)在是47頁\一共有60頁\編輯于星期五3.誘導(dǎo)因素活性氧、植物激素促進因素：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?，F(xiàn)在是48頁\一共有60頁\編輯于星期五（二）酵母PCD1.誘導(dǎo)因素藥物P4592.特征與動物細(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)?，F(xiàn)在是49頁\一共有60頁\編輯于星期五第二節(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)胞過度生長和癌化的一種保護機制。現(xiàn)在是50頁\一共有60頁\編輯于星期五

Hayflick界限(HayflickLimitation）

現(xiàn)在是51頁\一共有60頁\編輯于星期五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)胞衰老現(xiàn)在是52頁\一共有60頁\編輯于星期五（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，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）其他間隙連接減少現(xiàn)在是53頁\一共有60頁\編輯于星期五細(xì)胞衰老的特征形態(tài)變化現(xiàn)在是54頁\一共有60頁\編輯于星期五體外培養(yǎng)細(xì)胞衰老生物學(xué)特征生長不可逆停滯，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