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1、胚胎发育 与程序性细胞死亡,湘雅医学院组胚教研室 张彬,第 八 章,蝌蚪尾的消失 脊椎动物的神经系统的发育 发育过程中手和足的成形过程,一、程序性细胞死亡PCD（programmed cell death）,又称细胞凋亡 (apoptosis) （在体内外因素诱导下，由基因严格调控而发生的自主性细胞有序死亡。）,1、概念 一个固有的遗传程序即生物钟，在一个受控制的时间和空间内激活，从而导致细胞死亡。,2、简史,1885年，Flemming第一个描述有关细胞凋亡的 特征；（染色质浓缩形成半月形） 1951年，Glucksmann提出胚胎发育中存在程序 性细胞死亡； 1965年，John Kerr
2、提出“固缩性坏死”概念； 1972年，Kerr，Wyllie，Currie提出“细胞凋亡” （apoptosis）的概念；,1986年， Robert Horvitz等发现线虫中ced3，4 是促凋亡基因。,1980年，Wyllie等发现细胞凋亡与内源性核酸内 切酶激活有关。“DNA ladder”是细胞 凋亡发生的标志；,Sydney Brenner H. Robert Horvitz John Sulston,THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER,王晓东：最年轻美国科学院院士,从事的是细胞凋亡规律的研究。 1996年，发现线粒体释放细胞色素C, 引起细胞凋亡; 2000年
3、，发现线粒体释放Smac，可促细胞凋亡.,Smac: Second mitochondria-derived activator of caspase,二、 PCD/细胞凋亡的形态变化,(1)微绒毛、细胞 突起消失； 出芽(budding),膜空泡化（blebbing),出芽(budding),(2)胞质浓缩； 细胞器变化,(3)核浓缩；染色质边聚,(4) 凋亡小体形成 胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质(内含DNA物质及细胞器)，形成泡状小体称为凋亡小体（apoptosis body）,(5) 吞噬,巨噬细胞吞噬凋亡小体,巨噬细胞,凋亡小体,PCD/细胞凋亡与坏死的区别,图82 细胞凋亡与细胞坏死的
4、比较,表81 细胞凋亡与细胞坏死的比较,三、胚胎发育中的程序性细胞死亡（PCD） （一） PCD参与了各器官的形态发生和发育。 1、肢体的发生 2、中枢神经系统的发生、发育 3、腭的发生 4、管（腔）道的形成 5、晶状体的发育 6、心的发育 7、生殖细胞的发生 8、免疫、造血系统的发生 9、无用结构的退化消失（前肾、中肾等）,（二）胚胎发育中PCD的意义 1、系统匹配 淘汰没有作用或不再起作用的细胞，以确保有 功能细胞的营养和空间。 2、雕刻躯体 从而形成正常、精细复杂的生物体。 3、除去短暂结构：蝌蚪尾 4、保护机体：如胸腺的发育,四、PCD/细胞凋亡的调节,（一）激素水平的调节 甲状腺素、
5、糖皮质激素等诱导PCD 雌激素、卵泡刺激素、胰岛素等抑制PCD （二）细胞因子调节 主要是生长因子：NGF，FGF，TGF，G-CSF等缺乏导致PCD,（三）PCD相关基因的调节 1、TNF死亡受体超家族 （1）死亡受体 结构包括胞内C-端、跨膜区及胞外N-端，胞外功能区内含数个半胱氨酸，胞内功能区由80个氨基酸构成的死亡结构域（DD） Fas(Apo-1,CD95): 43kD DISC/死亡诱导信号复合物（Fas-FADD（Fas 相关死亡蛋白）-proCaspase-8） TNFR I：55-60kD， TNFR I-TRADD（TNFR相关死亡蛋白）-FADD- proCaspase-
6、8,（2）含有死亡结构域的信号蛋白 TRADD：34kD，与TNFR I， FADD结合 FADD（MORT-1）： 23kD，C-端含有一个DD(death domain )，可与Fas结合；N-端含有MORT结构域或死亡效应结构域（DED : death effector domain ），可与proCaspase-8（FLICE）结合,2. 凋亡蛋白酶,Caspase: cysteine-containing aspartate-specific protease （含半胱氨酸的天冬氨酸特异蛋白水解酶）,一组对底物的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。,(1) 定
7、义,（2）Caspase 的分类及功能,Caspases 激活的瀑布学说(级联反应),(3) 结构特征,以无活性的 形式存在；,N端均含有一 段的前区域；,在大亚基的C端含有一活性中心，其中半胱氨酸是必需氨基酸。,活性形式由2个大亚 基和2个小亚基组成 的杂四聚体；,(4) Caspase的作用底物, 凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(ICAD),CAD: Caspase Activated DNase 由Caspase激活的核酸酶(具有内切酶活性),ICAD,CAD,DNA,Caspase, 核纤层（lamina）蛋白,细胞核,lamina,染色体, 细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成 凋亡小体
8、 其他的caspases 灭活细胞凋亡的抑制物,3、凋亡蛋白酶活化因子-1（Apaf-1) 130kD，N-端含有一半胱氨酸蛋白酶募集域（CARD），C-端由12个WD-40重复片段组成。 凋亡体/死亡复合体：Cytc -Apaf-1-dATP-proCaspase-9 4、线粒体膜间隙蛋白（线粒体释放的凋亡相关因子） 细胞色素C，凋亡诱导因子， Apaf-1 ,Smac/DIABLO等,5、自由基 活性氧自由基：诱导PCD的发生。 活性氮自由基：NO高浓度促PCD，低浓度抑制PCD,6、P53基因,修复受损的DNA，如修复失败则通过细胞核途径诱导细胞凋亡。,（射线、毒素）,分子警察,P53的
9、促凋亡机制：,（1） DNA结合蛋白，调控基因转录 （细胞核途径）,（2）激活线粒体途径 （3）诱导Fas增加 （4）诱导溶酶体的不稳定性,7、BcL-2家族,3个亚家族,BcL-2亚家族: 起抗凋亡作用,Bax亚家族,BH3亚家族,起促凋亡作用,BH： BcL-2同源结构域,BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。,Bcl-2 （B cell lymphoma/leukemia-2） ： Bcl-2 是第一个被确认有抗凋亡作用，由 229aa构成（鼠236）分布在线粒体膜, 内质网，核膜等处。 Bcl-2 和C
10、. elegans 中的ced-9 有很高的同源 性，具有促进细胞存活的功能。,BcL-2抗凋亡机制：,直接抗氧化； 调节PTP开放； 抑制Bax，Bak的促凋亡作用； 抑制Caspases激活； 维持细胞钙稳态。,8、凋亡抑制蛋白家族（IAP家族）,IAP家族是一组抑制凋亡的蛋白。IAP家族蛋白的BIR （baculoviral IAP repeat)结构域是IAP 抑制凋亡的结构基础。在人类已确定有7种IAP相关蛋白。 作用机制：通过抑制caspase-3,7,9等的活性。,凋亡细胞DNA的断裂,形成高分子量的DNA大片断（50kb),形成180200bp整数倍的DNA小片断,非Caspa
11、se依赖的内源性核酸内切酶的激活,Caspase依赖的内源性核酸酶激活(CAD),9. 核酸内切酶,Caspase 8,Caspase 3,Caspase 9,Cleavage of substrates,Nucleus,Degradation of DNA,CAD激活方式,细胞膜,DNA断裂与“梯状条带”,DNA“梯”状条带,二、PCD的主要途径 1. 膜受体通路(死亡受体通路/外源性通路),死亡受体家族,肿瘤坏死因子受体(TNFR)家族,FasCD95 TNFR,Fas/FasL,DD: death domain,死亡受体通路,凋亡诱导因素,死亡受体（Fas)配体（FasL)的表达、结合,
12、Caspase-8活化,Caspase-3活化,apoptosis,FADD,FADD,2. 线粒体通路（内源性途径）,R,1、线粒体跨膜电位（m）的破坏与细胞凋亡的一致性； m 下降时PTP开放导致细胞凋亡 m 正常时无细胞凋亡 2、线粒体跨膜电位（m）的破坏早于核DNA的断裂。,?,?,线粒体信号通路,smac,Smac: second mitochondria-derived activator of caspase,IAPs,(-),Apoptosis inducing factor,Inhibitors of apoptosis protein,apoptotic protease activiation factor,凋亡诱导因素,死亡受体/配体的表达、结合,Caspase-8活化,Caspase-3活化,apoptosis,Bid活化,线粒体通路 活化,死亡受体通路与线粒体通路的联系,Caspase-3活化,小结,磷脂酰丝氨酸（PS)的外翻,PS,巨噬细胞吞噬磷脂酰丝氨酸（PS)的外翻凋亡小体,巨噬细胞,PS的外翻凋亡小体,提纲,谢谢！,凋亡复合体,CARD: Caspase Activation and Recruitment Domain,
