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1、apoptosis 凋亡过程与调控 凋亡与疾病 凋亡在疾病防治中的意义 凋亡概述 1 apoptosis 研究历史定义 与坏死的区别 生理意义 概述 概述 2 3 1842年Vogt在研究蝌蚪发育时 发现一种不同于细胞坏死的细胞死亡现象 1885年Flemming在研究卵巢滤泡时再一次发现了有不同于细胞坏死的细胞死亡现象 并指出这种细胞死亡是生物体生理机能的一部分 1887年Flemming将自己的发现的这种细胞死亡命名为染色质溶解死亡 并对死亡现象做了精彩的形态描述 1887年德国的科学家Graper在一篇关于线粒体论文中再次提到Flemming的发现 1 概述一 细胞凋亡的研究历史 202
2、0 6 19 4 1965年发育生物学家Lockshin在研究蛾发育过程中首次提出程序化死亡 programmedcelldeath 概念 1972年Kerr首次提出细胞凋亡 apoptosis 的概念 1973年首次在细胞凋亡中发现DNA的降解 1973 1987形态学描述和生物化学研究阶段 至今细胞凋亡进入分子阶段的研究 在此间发现细胞凋亡的相关的调控基因 发现细胞凋亡的抑制剂 认识线粒体在凋亡中的重要作用 发现细胞凋亡的诱导因子 尤其近几年细胞凋亡进入临床应用阶段 1 概述 2020 6 19 5 SydneyBrenner1 3oftheprizeUnitedKingdomTheMol
3、ecularSciencesInstituteBerkeley CA USAb 1927 inUnionofSouthAfrica H RobertHorvit1 3oftheprizeUSAMassachusettsInstituteofTechnology MIT Cambridge MA USAb 1947 JohnE SulstonUnitedKingdomTheWellcomeTrustSangerInstituteCambridge UnitedKingdomb 1942 THE2002NOBELPRIZEWINNER 2020 6 19 6 1 概述二 细胞凋亡的概念细胞凋亡 A
4、poptosis 在一些体内外因素诱导下 细胞内的死亡程序被激活 而引发的有序的细胞死亡 又称为程序性细胞死亡 programmedcelldeath 凋亡有其独特的形态学和生物化学改变 1972年英国Aberdeen大学病理系Kerr教授和Wyllie在研究中观察到一种不同于坏死的散在细胞死亡方式 联想到秋日落叶特征 命名为 apoptosis 2020 6 19 三 凋亡与坏死的区别 特征 线粒体膨胀 细胞骨架降解 溶酶体释放酶 细胞核内染色质沉淀靠近核膜边 蛋白质合成下降 由于膜破裂 出现炎症反应 一般过程 因补体反应或烈性病毒感染破坏了质膜 或者能量依赖性离子泵被破坏产生的钠钾等离子沿
5、着各自的浓度梯度进入细胞 从而导致细胞吸水膨胀 最终破膜而死 1 概述 7 8 凋亡与坏死的差异比较 2020 6 19 四 细胞凋亡的生理意义 确保正常发育 生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能所以细胞凋亡是正常的生理过程 但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生 因此 近年来对于细胞凋亡的研究 已成为医学界的关注热点 概述 9 10 11 细胞凋亡的生理意义 确保正常发育 生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能所以细胞凋亡是正常的生理过程 但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生 因此 近年来对于细胞凋亡的研究 已成为医学界的关注热点 apoptosis 概述 12 apoptosis 生化改变
6、 凋亡过程与调控 凋亡时细胞的主要变化 形态学改变 13 14 一 细胞凋亡的主要特征 一 形态学改变1 细胞固缩 condensation shrinkage 细胞表面微绒毛消失 与周围细胞脱离 胞质浓缩 胞膜空泡化 细胞体积缩小 出现固缩 2020 6 19 15 2 核边集 margination 核染色质高度浓缩 融合成团并向核膜下聚集 呈新月形或环形分布 也可呈马蹄 镰刀等形状排列 或向中心集中 即中聚形成黑洞样 新月状 八字形 花瓣状 环状 球状 黑洞样 2020 6 19 16 TransmissionalElectronMicroscopy 对照 凋亡 凋亡 坏死 2020 6
7、 19 17 3 出芽 budding 及形成凋亡小体 apoptoticbody 骨架与胞浆膜脱耦联 包膜向外不规则膨出 包裹线粒体等细胞器 空泡化的胞浆及裂解的高浓度核物质 最终脱落形成多个外有膜包裹 内有不能外溢内涵物的凋亡小体 其大小不一 圆形或椭圆型或不规则型 2020 6 19 18 4 识别并被吞噬清除 专职吞噬细胞 如单核巨噬细胞 或邻近固有的组织细胞 如上皮细胞 内皮细胞 肿瘤细胞 或自然脱落离开生物体 不伴有局部炎症反应 2020 6 19 19 细胞凋亡的形态学改变 2020 6 19 20 2020 6 19 21 二 生化改变1 DNA片段化 凋亡诱因 激活凋亡蛋白酶
8、 Caspase 激活内源性核酸内切酶 裂解DNA 形成180 200bp整数倍的寡核苷酸片段 电泳呈梯形条带 ladderpattern 2020 6 19 22 二 生化改变 DNALadderfrom 2020 6 19 23 二 生化改变2 内源性核酸内切酶Ca2 Mg2 依赖性核酸内切酶 Zn2 抑制其活性 正常细胞中 CAD Caspase激活的DNA酶 与ICAD Caspase激活的DNA酶抑制物 结合而无活性 Caspase裂解ICAD使CAD游离而活化 分解DNA使其片段化 2020 6 19 24 二 生化改变3 凋亡蛋白酶 Caspase蛋白家族 Cysteine co
9、ntainingaspartate specificproteinase 结构含半胱氨酸 可在天冬氨酸 Asp 残基后切断肽链的蛋白酶家族 其相应基因用CASP表示 1 酶原结构 Procaspase 含N末端结构域 20Kd大亚基和10Kd小亚基 2020 6 19 25 2 酶原活化 Caspase酶原水解N 端前肽亚基之间切断大 小亚基分离组成活性四聚体 2020 6 19 26 3 Caspase的分类 1 凋亡启动酶 Caspase2 8 9 10前体部分含与其它接头蛋白结合的特异区 分别与凋亡启动酶 死亡受体的死亡区结合 2020 6 19 27 死亡诱导信号复合物 2020 6
10、19 28 3 Caspase的分类 2 凋亡效应酶 Caspase3 6 7前体部分小不含蛋白结合区 分解细胞蛋白 凋亡执行器 3 ICE IL 1 convertingenzyme 亚类Caspase蛋白酶 Caspase1 4 5 11 12 13 14 参与凋亡但不起主要作用 2020 6 19 29 4 功能凋亡信号激活Caspase酶原级联反应 是细胞凋亡的共同通路 FasL与靶细胞Fas受体结合 激活Caspase8酶原 Caspase3 6 7 级联放大 不同Caspase介导不同的凋亡信号通路 Caspase8 死亡受体相关的凋亡 Caspase9 细胞毒因子诱导的凋亡 Ca
11、spase12 内质网应激途径的凋亡 2020 6 19 细胞凋亡的过程与调控 30 细胞凋亡的过程 31 apoptosis 凋亡过程与调控 受体 cAMPCa2 神经酰胺 凋亡相关基因激活 信号转导 细胞膜 细胞核 Dnase激活Caspases激活 32 apoptosis 凋亡过程与调控 DNase激活 Caspases激活 凋亡细胞的清除 凋亡执行 33 34 一 细胞凋亡相关因素 一 诱导性因素 1 理化因素 射线 缺血缺氧 抗癌药 2 生物因素 细菌及病毒 3 激素和生长因子水平失衡 4 免疫因素 一些免疫分子诱导靶细胞凋亡 二 抑制性因素 1 某些细胞因子 IL 2 神经生长因
12、子 2 某些激素 ACTH 睾丸酮 雌激素 3 其他 Zn2 病毒 EB 苯巴比妥等 2020 6 19 二 细胞凋亡的信号转导 多途性 同一凋亡诱导因素可通过多条信号转导途径触发凋亡 多样性 不同种类的细胞有不同的信号转导系统 偶联性 死亡信号的转导系统与细胞增殖 分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉 偶联 同一性 不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导途径触发凋亡 凋亡诱导因素 凋亡信号转导 死亡程序激活 apoptosis 特点 2020 6 19 35 36 二 细胞凋亡的信号转导可分为 死亡因子及其受体介导的凋亡 线粒体损伤启动的细胞凋亡 一 死亡因子及其受体介导的细胞凋亡1 死
13、亡因子及其受体死亡因子 deathfactor TNF FasL TNF 相关凋亡诱导性配体 死亡受体 deathreceptor DR Fas TNFR为跨膜蛋白 胞外C端是配体结合区 胞浆N端含死亡结构域 deathdomain DD 2020 6 19 37 2 信号转导死亡因子 TNF FasL 与受体结合受体三聚体与接头蛋白结合激活Caspase8引发级联反应细胞凋亡 2020 6 19 胞内信号途径 2020 6 19 38 2020 6 19 39 40 二 线粒体损伤启动的细胞凋亡1 线粒体膜通透性转换 permeabilitytransitionpore PTP 凋亡因子 线
14、粒体跨膜电位 电子传递脱耦联 PTP开放 膜通透性 线粒体释出AIF CytC Apaf 凋亡 AIF 细胞凋亡诱导因子 可快速激活核酸内切酶 并增强Caspase3活性 细胞色素C CytC 与Apaf 凋亡蛋白酶激活因子 相互作用 激活Caspases9 激活Caspases3 6 2020 6 19 41 2 活性氧及胞内Ca2 改变 线粒体损伤 氧化应激 胞内活性氧 及 Ca2 i 损伤DNA由野生型p53基因介导凋亡 损伤膜结构 脂质过氧化反应 ATP 使钙泵失灵促进 Ca2 i 激活核酸内切酶或蛋白激酶C PKC 等途径 介导凋亡 2020 6 19 2020 6 19 42 43
15、 44 三 凋亡相关基因凋亡相关基因指可诱导或阻止细胞凋亡的基因 抑制凋亡基因 Bcl 2 属于Bcl 2家族 促进凋亡基因 Bax Bid P53 对凋亡双向调控基因 C myc Bclx 2020 6 19 45 一 B细胞淋巴瘤 白血病 2家族 Bcelllymphoma leukemia 2 Bcl 2家族 含1个或多个BH homologousdomain 结构域 1 Bcl 2亚家族 Bcl 2 Bcl xl Bcl w等 抑制 2 Bax亚家族 Bax Bak Bok等 促进凋亡 3 BH3亚家族 Bad Bid Bik Hrk等 促进 存在 造血细胞 上皮细胞 淋巴细胞 癌细胞
16、等 定位 细胞膜 线粒体膜和内质网膜 2020 6 19 46 Bcl 2抑制凋亡的作用机制 1 调节PTP活性 降低线粒体膜通透性 阻止Cyt C释放 可与Apaf 1直接结合而阻止Caspase 9的激活 2 与凋亡促进蛋白Bax形成异二聚体 抑制Bax的促凋亡作用 3 减少内质网Ca2 释放 限制核内 Ca2 持续 4 抑制Caspase的活化 2020 6 19 47 二 野生型P53基因 分子警察 野生型P53基因 表达产物P53蛋白是DNA结合蛋白 G1期负责监测DNA损伤并启动修复机制 维持细胞基因的完整性 若不能修复 则促进细胞凋亡而减少带有缺损或突变基因的继续存活 被誉为 基因警卫 突变型p53基因 编码的p53蛋白对细胞凋亡有抑制作用 2020 6 19 48 DNA严重受损后 P53大量表达 诱导细胞凋亡 Bax Fas Apaf 1 DR5 2020 6 19 49 50 三 C myc和Bcl X双向调控凋亡 取决于刺激种类和生长环境 C myc基因表达 若无足够的生长因子刺激 细胞凋亡 Bcl X基因可翻译出2种蛋白Bcl XL 抑制凋亡 而Bcl Xs 促
