春季五年凋亡上课用

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1、 第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病 Cell proliferation, Apoptosis, And The Related Diseases 第一节 细胞凋亡与疾病 APOPTOSIS AND DISEASE 一、细胞凋亡的概述 二、细胞凋亡的调控 三、细胞凋亡调控异常与疾病 本次课内容 apoptosis 一、细胞凋亡的概述 果蝇 3天 家猫 1012 年 狗 12 15年 秀丽广杆线虫 (Caenorhabditis elegans) 这种长不过1毫米的小生物有几个和人类关 系密切的亲戚：蛔虫和蛲虫就是其中最大名鼎 鼎的两个。 悉尼布雷诺尔 (1)线虫的生命周期很短，它从生到死的全过

2、程只有 3天半。 (2)雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个 生殖细胞(最常见) (3)再者个数量继续增长的时期，细胞最多时达到 1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。 完全成熟的成虫只有959个细胞，多 出的131个细胞又到哪里去了？ 细胞凋亡(Apoptosis) 早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、 超微结构和生化变化等方面来分析，细胞 有二种死亡形式： 细胞坏死（Necrosis）， 程序性细胞死亡（Programmed cell death） THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER 2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维 茨和

3、英国人约翰苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研 究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。 THE NOBEL DIPlOMA Sydney Brenner receiving his Nobel Prize from His Majesty the King at the Stockholm Concert Hall. Photo: Hans Mehlin, Nobel e-Museum 是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应 早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀 溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎症 （一）细胞坏死(necrosis) 概念： 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导 致的细胞死亡过程。

4、 （二）细胞凋亡(apoptosis) 生理性细胞凋亡的作用 1. 确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用 (细胞团 具备复杂结构的组织器官) 多余细胞的清除 生理性细胞凋亡的作用 2. 维持内环境的稳定 清除受损、衰老和突变的细胞 (针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱) 3. 发挥积极的防御作用 病毒DNA 细胞凋亡（科普诗） 似秋叶的凋零， 告别生命之辉煌； 那难以计数的攻击、诱导， 轻启着道道程序， 逼细胞步步走向生命的末端； 啊，活性氧处处肆虐， 钙波涛惊石裂岸， 线粒体把生命之光一点一点拧淡; 危难中的细胞啊， 你沉稳不乱， DNA片片切割， 化云梯直通天堂

5、； 细胞体分团相聚， 把生命的凝重浓集在小体上； 分别了朝夕相处的伙伴， 再见了快乐美好的时光； 这一切的一切又融入临近的胞体， 腾出的空间再写生命的篇章。 细胞凋亡与细胞坏死的比较(一) 坏 死凋 亡 1.性 质病理性，非特异性生理性/病理性，特异性 2.诱 因强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生 3.基因调控无有 4.生化特点 被动过程 无新蛋白合成 不耗能 主动过程 有新蛋白合成 耗能 细胞凋亡与细胞坏死的比较(二) 坏 死凋 亡 5.形态改变 细胞肿胀 结构溶解，破坏 细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整 6.凋亡小体无有 7.DNA变化 弥散性降解 电泳呈均一片状 片段化（180

6、-200bp） 电泳呈“梯”状条带 8.溶酶体改变破裂相对完整 9.炎症反应局部炎症反应局部无炎症反应 坏死是一件细胞谋杀案的话，那凋亡就是一桩自杀案。 细胞凋亡的过程 cAMP Ca2+ 神经酰胺 凋 亡 诱 因 凋 亡 信 号 转 导 凋 亡 基 因 激 活 细 胞 凋 亡 凋 亡 细 胞 清 除 受体 死 亡 信 号 DNase活化 Caspases活化 DNA片断 凋亡小体形成 巨噬细胞 吞噬、分解 诱导期效应期降解期 apoptosis 空泡化 固缩 出芽边集 凋亡小体 1.细胞凋亡的形态学改变 胸腺细胞 正常凋亡 DNA的片段化 蛋白质的降解 2. 细胞凋亡的生化改变 典型凋亡细胞

7、DNA琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带 DNA片断化 Ca 2+ /Mg 2+ Zn 2+ 核酸内切酶激活 caspase激活 灭活凋亡抑制物 水解活性蛋白 水解结构蛋白 Ced-3 （C.elegans Death Gene) 鼠的白细胞介素-1转换酶 (Interleukin-1 converting enzyme, ICE) Caspase 1 同源性 Ced-9= Bcl-2 Bcl-2 is the mammalian homologue of CED-9, which is a negative regulator of CED-3. Bcl-2 and related family m

8、embers, such as Bcl-xL, inhibit cell death induced by many stimuli. inhibit apoptosis caspases 是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解 作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶 （cysteine-containing aspartate-spicific protease）至少有13个成员 “c”代表半胱氨酸蛋白酶 aspase特异切割底物的天冬氨酸后肽键 的能力 Caspase 的特点 (1) 它是一种半胱氨酸蛋白酶,半胱氨酸残 基是其催化活性所必需的; (2) Caspase 在催化水解底物时,总是在天

9、 冬氨酸(Asp) 残基的C 端裂解底物,即Asp- x 肽键断裂; (3) Caspase 酶原的活性很低,需要切除氨 基端的一段序列才能被激活; (4)活化的Caspase 能够特异地水解一套 蛋白底物,从而导致细胞凋亡; (5) 正常情况下,细胞内Caspase与其抑制 剂总是共存的。 Caspase 的特点 催化谷氨酰基与赖氨基形成 稳定的共价键，骨架蛋白分子间 交联，凋亡小体形成 谷氨酰胺转移酶的激活 二、 细胞凋亡的调控 （一）凋亡信号 细胞凋亡相关因素 诱导性因素 激素和生长 因子失衡 理化因素 免疫性因素 微生物学因素 大量糖皮质激素 淋巴细胞凋亡 射线/高温/强酸/强碱 /乙

10、醇/抗癌药物 CTL分泌粒酶 HIVCD4+细胞凋亡 抑制性因素 细胞因子 (IL-2/NGF) 激素 (ACTH/睾丸酮/雌激素) 金属阳离子 (Zn2+ ) 药物 (苯巴比妥/ 半胱氨酸酶抑制剂) 病毒 EB病毒/牛痘病毒 细胞凋亡相关因素 美国科学杂志月球列为20世纪十大科学错误之一 “反应停”事件 Thalidomide/沙立度胺/反应停 2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学 家威廉诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们 在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金另一 半授予美国科学家巴里夏普莱斯，以表彰他在“手性 催化氧化反应”领域所取得的成就。 威廉诺尔斯野依良治 巴里夏

11、普莱斯 （二）细胞凋亡信号的转导 外源性途径：Fas 内源性途径：线粒体 Fas与配体结合发生三聚化，通 过胞内的DD区（Death domain ）与接头蛋白FADD的DD区结合 。 FADD N端通过DED区（death effector domain）与Caspase-8 前体结合，Caspase-8通过子剪 接激活 。 1.死亡受体介导的凋亡通路 Hengartner, M.O. 2000. Nature. 407:770. Green, D. and Kroemer, G. 1998. Trends Cell Biol. 8:267. Mitochondrial PathwayDea

12、th Receptor Pathway FasL Caspase 3 DD D D Fas/Apo1 /CD95 FADD Procaspase 8 Caspase 8 BID oxidantsceramide others Bcl-2D Cytochrome c dATP Procaspase 9 Apaf -1 dATP Apaf -1 Caspase 9 Procaspase 3 apoptosom e DNA damage Cellular targets 1.死亡受体介导的凋亡通路 FasL(配基) Fas(受体) 凋亡 正常状态时,线粒体内、外膜之间的通透 性转换孔(permeab

13、ility transition pore, PTP)绝大多数关闭 2.线粒体介导的凋亡通路 凋亡时线粒体的变化 超微结构基本正常，功能明显： 线粒体内膜通透性 跨膜电位（m） 能量合成明显 (1)线粒体膜通透性转换 (permeability transition, PT): (2)活性氧的作用: (3)细胞内Ca2+、pH改变: Ca2 NO Ischemia Hypoxia Reactive oxygen Bcl-2 线粒体PTP开放 Apaf Cty.C 电子漏 Pro-caspase-9 Caspase-9 Pro-caspase-3 Caspase-3 AIF 蛋白质水解 Cell

14、apoptosis Endogenous nuclease DNA断裂 氧化损伤 钙稳态失衡 线粒体损伤 恶性网络假说(deleterious network hypothesis) 细胞凋亡 m AIF，Apaf PTP open （三）细胞凋亡的执行 核酸内切酶激活 caspase激活 谷氨酰胺转移酶的激活 (四) 凋亡相关基因 抑制凋亡基因：Bcl-2 促进凋亡基因：P53 双向调控基因： c-myc, bcl-x 1. Bcl-2 (B cell lymphoma/leukemia-2) 主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面 、核膜 及部分内质网中。 广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、 神经细胞及多种瘤细胞 Bcl-2