细胞增殖分化凋亡异常与疾病3.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第八章细胞增殖和凋亡异常与疾病,细胞增殖和凋亡异常与疾病,Abnormal Cell Proliferation,Apoptosis and Related of Disease,裸鼠的结肠癌病理模型复制,胃癌手术后肿瘤细胞转移患者,（患者处于恶液质状态）,瘤细胞为什么会发生？,Abnormal Apoptosis and Diseases,Abnormal Proliferation and Diseases,细胞增殖异常与疾病,Abnormal Cell Proliferation and Diseases,一、细胞周期及其调控,细胞周期,概念,（,Concept and,phases of,Cell cycle,）,【,Cell Proliferation,】,细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信,息传给子代，保持物种的延续和数量增多。,细胞增殖异常,细胞增殖、分化不良（过度）,组织器官发育不全,细胞增殖、分化不全 肿瘤发生,【,Cell cycle,】,Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the beginning of next division of a proliferative cell.,细胞周期分期,（By stages）,G,1,SG,2,M,【细胞增殖过程】,细胞增殖异常,细胞生长,DNA,复制,细胞分裂,细胞,周期,Cyclin-CDK,复合物及其相关蛋白,Cyclins 相关CDKs 细胞周期作用 相关蛋白 低物 降解,A CDK1，CDK2 S+G2,M p107+E2F，p21，PCNA Rb ubiquitin,B(B1,B2)CDK1(cdc2)G2,M p21,PCNA Rb ubiquitin,C CDK8 G1 -PEST,D(D1-3)CDK4(2,5,6)G1 Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PEST,E CDK2 G1+G1,S p107+E2F,p21,PCNA Rb PEST,F -S -,G -G1 -,H CDK7 G1,S,G2,M -CDK1,4,6 -,Cyclin,周期变化图,细胞增殖异常,PEST,短寿命蛋白C-末端都有一个(或一个以上)富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)和Thr(T)的序列(脯氨酸（P），谷氨酸（E），丝氨酸,（S），及苏氨酸（T）残基)的40个aa残基组成的结构域，简,称PEST序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性。,PEST,样序列中,3,个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位点，将,3,个赖氨酰残基都进行突变，,ste3p,的泛素化和胞吞会严重受损。,Cyclins降解主要是泛素-蛋白酶体进行泛素化降解,细胞增殖异常,泛素,蛋白质,降解的蛋白质,SUMO,【CDK,1,活化启动cell cycle】,CDK,1,活化,Cyclin,与,CDK,1,结合、磷酸化,CAK对CDK,1,活化部位的磷酸化,Cell cycle,CDKs家族,CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK,19,。,细胞增殖异常,Thr,14,、Tyr,15,抑制部位去磷酸化,CDK活化激酶（CDK activation,kinase,CAK）,细胞增殖异常,【CDKs活化部位与抑制部位】,CAK对CDK1活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化,。,活化部位（CDK,1,Thr,161,）磷酸化,抑制部位（CDK,1,Thr,14,、Tyr,15,）去磷酸化依赖P80,cdc25,酶作用,CDK,2,与cyclin E和A结合后 识别染色体ARS,促进S期,CDK,1,与cyclin B,1,结合(,Maturation promoting factor,MPF,),启动M期,CDK,1,与cyclin A结合,启动G,2,期,磷酸酶,P80,cdc25,【CDK活化与调控细胞周期】,CDK,2,与cyclin E结合，CDK,4,、CDK,6,与cyclin D,1,、D,2,、D,3,结合,pRb磷酸化 游离E2F释放,启动G1期,DNA合成,启动S期,【抑制途径】,CDIs通过直接结合CDK-cyclin复,合物的磷酸化活化部位，抑制CDK,的激酶活性。,P16,INK4a,通过结合CDK,4,单体，,阻断它与cyclins的结合。,CDI：复合物,CDI可特异性抑制CDK的活性。,Ink4：,P16,INK4a,、P15,INK4b,、P18,INK4c,和P19,INK4d,CDK,4,、CDK,6,Cip/Kip：,p21,Cipl,、P27,Kip1,和P57,Kip1,CDK,2,细胞增殖异常,癌基因与抑癌基因,【Check mechanism】,P53,：能与DNA损伤部位结合的AMT,磷酸化P53，磷酸化P53上调 p21,Cipl,基因的转,录，P21,Cipl,能与多种 CDK-cyclin复合物结合，,抑制CDKs的激活，阻滞G,1,/S的过渡，为DNA,修复提供足够时间。,Cdc25：负责G,2,期处检查。,细胞周期检查点（Checkpoint of cell cycle）,细胞内存在监控机制检测点（Checkpoint）。,DNA 损伤检查点,G,1,/S,Checkpoint,DNA复制检查点,S/G,2,纺锤体组装检查点,G,2,/M,细胞增殖异常,细胞增殖异常,抑制信号（TGF-）,可以下调cyclin和CDK,4,的表达和促进P21,wafl,、P27,kipl,和P15,ink4b,等CDI产生，使细胞阻滞在G,1,期。,细胞生长条件不具备,能使P16,INK4a,和P15,INK4b,增加，并均能抑制Cyclin D-CDK,4/6,复合物的功能，细胞阻滞G,1,期。,pRb,E2F,2.细胞外信号的调控（,Regulation of extracellular signals,）,G,1,期存在一个“限定点”（restriction point），它决定细胞是否进入周期。,这“限定点”主要受细胞外信号的调控。,刺激信号（生长因子）,细胞增殖异常,（EGF、IGF、IL）,细胞增殖分化异常与相关疾病,增殖异常 分化异常 增殖分化异常,再生障碍性贫血 肥胖症 恶性肿瘤,白癜风 遗传性血红蛋白病 银屑病,前列腺肥大 肌营养不良 畸胎瘤,动脉粥样硬化 先天畸形,家族性红细胞增多症 X-连锁-球蛋白缺乏症,高IgM血症,细胞周期异常与疾病,（,Abnormal cell cycle&diseases,）,细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。,【Deregulation of cell cycle】,细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和CDI表达异常）,监控（检查）机制受损（The impairment of checkpoint system）,细胞增殖异常,恶性肿瘤,细胞增殖异常机制,1细胞周期驱动机制失控,Cyclins的过表达（,Over expression of cyclins,）,肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关。,【Cyclin D,1,（Bcl-1）过表达原因】（原癌基因）,基因扩增（Cyclin D,1,过表达的主要机制）,乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D,1,基因扩增过度。,细胞增殖异常,染色体倒位（,Chromosome inversion,）,Cyclin D,1,基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D,1,蛋白合成,染色体易位（,Chromosome translocation,)甲状旁腺腺癌,Bcl-1 t(11:14)(q13:q32)易位,Cyclin D,1,受Ig重链基因增强子影响,Cyclin D,1,表达,（p15:q13,）,CDK,表达异常,主要见于CDK,4,、CDK,6,过表达。,CDK,4,+cyclin D结合 CDK,4,/cyclin D CDKs表达,pRb pRb磷酸化 细胞增殖过度,E2F G,1,/S过渡加速,【Cyclin D过表达致肿瘤机制】,Cyclin D过表达+生长因子,CDKs瀑布效应 细胞增殖过度 易发生细胞癌变,细胞增殖异常,基因突变,Cyclin D,1,T,286,突变 Cyclin D,1,泛素化受阻 Cyclin D,1,可能,细胞增殖异常,CDI表达不足和突变,肿瘤细胞中常出现CDI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。,InK4失活,【p16,InK4,基因失活原因】,突变或缺失、染色体易位、p16,InK4,高度甲基化。,【Mechanism】,p16,InK4,基因表达 CDK,4,与cyclin D结合,细胞周期处在“易于”被启动状态,易发生细胞癌变,可能,细胞增殖异常,正常,【Mechanism】,p53基因突变 P21,cip1,转录 DNA受损细胞增殖,Kip/Cip含量减少（Deficient expression of Kip/Cip）,P21,cipl,功能 cyclins/CDKs活性 细胞周期速度,增殖细胞核抗原（PCNA）阻滞DNA复制,2.细胞周期监控机制受损(Impairment of checkpoint system),主要原因：G,1,/S、G,2,/M检查点异常,失察结果：探测DNA损伤功能降低,（如发现不了DNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）,表 人类肿瘤,p53,基因突变热点和频率,肿瘤型 突变频率（%）突变热点 肿瘤型 突变频率（%）突变热点,肺癌 56 157，248，273 前列腺癌 30 不确定,结肠癌 50 175，245，248，273 肝细胞癌 45 249,食道癌 45 不确定 胶质癌 25 175、248,卵巢癌 44 273 乳腺癌 22 175、248、273,胰腺癌 44 273 子宫内膜癌 22 248,皮肤癌 44 248、278 甲状腺癌 13 248、273,胃癌 41 不确定 白血病 12 175、248,头颈鳞癌 37 248 宫颈癌 7 273,膀胱癌 34 280 软组织肉瘤 31 不确定,细胞增殖异常,G,2,/M 交界处失察,G,2,/M交界处,DNA双链断裂,激活DNA损伤检查点 阻止细胞进入M期,诱导修复基因转录,完成断裂的DNA修复,失去G,2,/M检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失,细胞增殖异常,原发性血小板增多症,（,PT,）,临床症状：,以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血,小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性,出血及血栓形成。,病因与机制：,X染色体遗传、TGF-,减少、,辅助细胞缺乏等。,良性前列腺增生,病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列,腺增生。,银屑病,病因与机制：表皮生长因子受体的增加和,受体的减少是引起,表皮细胞增长过快的原因。,凋亡相关基因激活,DNase,激活、,Caspases,激活,巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞,悉尼布雷诺尔,罗伯特霍维茨,约翰苏尔斯顿,2002年诺贝尔生理与医学奖获得者,细胞凋亡大致过程(,The process of apoptosis,),+,cAMP、Ca,2+,、,神经酰胺,死亡信号,凋亡诱导因素,受体,凋亡信号转导,凋亡基因激活,凋亡的执行,凋亡细胞清除,一、细胞凋亡的过程与调控,（,Process&regulation of cell apoptosis,）,细胞凋亡异常,凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触,胞膜空泡化,（Blebbing）,细胞固缩（Condensation）、核固缩和发芽,凋亡小体（Apoptotic body）,凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜),APL,Apoptosis,1.,形态学改变,（,The morphologic characteristics of apoptosis,）,凋亡时细胞的主要变化,（,Features,of apoptosis cells,）,细胞凋亡异常,内源性核酸内切酶激活,Ca,2+,/Mg,2+,增加核酸内切酶活性,Zn,2+,抑制核酸内切酶活性,DNA片段化（,DNA ladding pattern,）,激活核酸内切酶,核小体连接区发生,DNA降解，,寡核小体片段（160200bp的倍数）,钙超载,（,Calcium overload,）,Ca,2+,载体A23187 B淋巴细胞内Ca,2+,诱导B细胞凋亡,（Ca,2+,在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）,2.生化,改变,（The biochemical characteristics of apoptosis）,细胞凋亡异常,细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻,（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）,The mainly induced factors of apoptosis,Table：,Influence of factors of apoptosis,诱导性因素（,Inducers,）抑制性因素（,Inhibitors,）,理化因素 射线、高温、强酸、细胞因子,IL-2、NGF等,强碱、应激、抗癌药 激素 ACTH、睾丸酮、雌激素,激素和因子 糖皮质激素、TNF 其它 Zn,2+,、苯巴比妥、半胱氨,免疫性因素 CTL分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制剂、EBV、,病原体因素 HIV、HCV 牛痘、,病毒、中性氨基酸,细胞凋亡异常,1.Concept,Classification,Construction of Caspases,概念,Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员(Caspase 1-14)。,细胞凋亡异常,细胞凋亡的信号传导（,Caspases依赖的pathway,）,Caspase信号通路分类,上游（Caspase-8,-9,-10）,下游（Caspase-2,-3,-6,-7）（共同通路）,Caspase,（Ced-3亚家族）,死亡受体通路,线粒体途径,大小亚基结合（二聚体）,caspase活化（四聚体）,结构特点,Pro-caspase：NH,2,末端结构域、20KD亚基、10KD亚基,剪切,2死亡受体通路,（Extrinsic or cytoplasmic pathway）,死亡受体 TNFR、Fas、DR,3,、DR,4,、DR,5,等,是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白。,通路（pathway）,细胞凋亡异常,FSAL,FADD,Pro-caspase-8,Caspase-8,Caspase-3,Pro-caspase-3,细胞凋亡,生长因子、信号、,Fas,抗体,FAS,FADD（Fas-associated death domain）；DD（death domain）；,DED（death effector domain）。,DED,DED,DD,caspase-10,细胞凋亡异常,c-FLIP:cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein,膜通透性、线粒体肿胀、,m,Apaf-1活化,Cyt.c,3线粒体途径,（,Intrinsic or mitochondrial pathway,）,Ca,2+,NO,缺血,缺氧,活性氧,MPT开放,Cyt.c,+,Pro-caspase-9,Caspase-9,ATP,Apaf-1,+,Apaf-1活化,Cyt.c,CARD,apoptosome,细胞凋亡异常,AIF,caspase-independent apoptosis,Pro-Caspase-3,凋亡,Caspase-3,Pro-caspase-2,caspase-2,Pro-caspase-6,Caspase-6,Pro-caspase-7,caspase-7,Pro-caspase-9,ICAD（抑制性 CAD）,CAD（caspase活化DNA酶）,CDA进入细胞核内降解DNA,细胞凋亡,剪切细胞内结构蛋白,caspase-9,4Activation of caspase-3（共同通路）,(,Effector caspase,),Caspase-3,Pro-caspase-3,细胞凋亡异常,细胞凋亡的发生机制,（,Mechanism of apoptosis,）,1,氧化损伤（,Oxidation damage,）,氧自由基破坏了机体正常的氧化,/,还原动态平衡，造成生物大,分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。,【,Mechanism,】,激活,p53,基因、消耗,ATP,、生物膜脂质过氧化、激活核酸内,切酶,启动细胞凋亡。,各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。,2,钙超载（,Calcium overload,）,3,线粒体损伤（,Mitochondria damage,）,细胞凋亡异常,TNF-、抗CD,3,抗体、TCDD等,胞浆Ca,2+,激活Ca,2+,/Mg,2+,依赖的核酸内切酶，降解DNA链；,激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利,于凋亡小体形成；,激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；,在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切,割DNA。,钙超载引起凋亡机制,细胞凋亡,细胞凋亡异常,细胞凋亡的调控机制,表 细胞凋亡的调控基因,功能 基因,抑制凋亡基因 Bcl-2 Bcl-X,L,、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和Mcl-1等,促凋亡基因 P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、,Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等,双向调控基因 c-myc、Belx,【调控基因】,细胞凋亡异常,（,Regulated mechanism of apoptosis,）,Bcl-2,Bcl-2（Bcl-X,L,）能够抑制线粒体MPT开放，Cyt.c、AIF释放,Bcl-2也能特异地结合细胞色素C,Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化,Caspase抑制剂,1Bcl-2基因家族,（Bcl-2 Family&regulating functions）,细胞凋亡异常,CARD,MPT开放,膜通透性、线粒体肿胀、,m,Cyt.c,ATP,Apaf-1,+,Apaf-1活化,Cyt.c,Apaf-1活化,Cyt.c,+,Pro-caspase-9,apoptosome,AIF,Caspase-9,Pro-Caspase-3,Caspase-3,凋亡,caspase-independent apoptosis,【促凋亡机制】,P53通过与Bcl-2基因相互作用，下调Bcl-2的表达。,P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。,P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表,达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。,P53诱导死亡受体Fas表达。,P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。,2,p,53基因（抑癌基因）,As a transcription factor,p53 regulates downstream genes important in cell cycle arrest,DNA repair,and apoptosis.After DNA damage,p53 holds the cell at a checkpoint until the damage is repaired.If the damage is irreversible,apoptosis is triggered.,细胞凋亡异常,表：与细胞凋亡异常相关的疾病,凋亡不足 凋亡过度,肿瘤 肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌 发育异常 气管-食管瘘、房（室）间隙缺,、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前 损、唇（腭）裂、短肢畸形、,列腺癌等 尿道下裂以及多囊肾等,发育异常 先天性消化道、胆道、肛门狭 CNS Alsheimer病、Parkinson 病、,窄或闭锁、动脉导管未闭、两 肌萎缩性侧索硬化症、色素性,性畸形、甲状舌骨囊肿等 视网膜病，脊肌肉萎缩、早老,免疫系统 系统性红斑狼疮、糖尿病、类 性痴呆,风湿性关节炎、桥本甲状腺炎 免疫系统 免疫缺陷病、AIDS,、多发性的硬化症等,细胞凋亡异常,三、细胞凋亡异常和疾病,（,Diseases associated to apoptosis deregulation,）,bcl-2基因过表达,85%滤泡状和20%弥漫性B细胞淋巴瘤 染色体t（14;18）易位,bcl-2基因受到Ig基因增强子控制,肿瘤发生 细胞凋亡速率 bcl-2基因高表达,（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在Bcl-2高水平表达）,存在,p,53基因缺失或突变,调节P53的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常,p,53表达或功能存在缺陷 细胞凋亡速率 肿瘤发生,（50%以上恶性肿瘤中存在P53异常）,细胞凋亡不足,（,Apoptosis inhibition,）,1.肿瘤,（,Tumor,）,细胞凋亡异常,细胞凋亡抑制除了参与肿瘤的发病过程，也涉及癌细胞的转移发生。,异常融合蛋白,慢性髓细胞性白血病（CML）染色体易位t(9；22)(Ph染色体),Bcr-abl融合基因,NF-,B活化、,细胞凋亡速率 表达和产生p210,Bcr-abl,蛋白质,CML髓系祖细胞的克隆扩增 肿瘤发生,存在,病毒的癌基因,HBV编码的HB,X,是Caspase-3的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。,细胞凋亡异常,2,自身免疫病（,Autoimmune diseases,）,针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自,身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。,细胞凋亡异常,细胞凋亡过度,（,Apoptosis excess,）,1.,心肌缺血与缺血,-,再灌注损伤,特点,缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。,在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；,轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主；,机制,氧化应激、,FasR,通路、,p53,基因的转录增加。,Thanks,