细胞衰老与凋亡(4).ppt

第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老1可编辑版 第一节、程序性细胞死亡 第二节、细胞衰老2可编辑版第一节 程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)细胞凋亡的概念细胞凋亡的概念细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理3可编辑版一、细胞凋亡的概念及其生物学意义概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，所以也称细胞编程死亡（programmed cell death,PCD）。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如：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。4可编辑版5可编辑版二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与坏死细胞凋亡与坏死(necrosis)细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的生化特征细胞凋亡的生化特征诱导细胞凋亡的因子诱导细胞凋亡的因子细胞凋亡的检测细胞凋亡的检测6可编辑版凋亡是主动的由基因决定的细胞自我破坏的过程。凋亡是主动的由基因决定的细胞自我破坏的过程。凋亡是主动的由基因决定的细胞自我破坏的过程。凋亡是主动的由基因决定的细胞自我破坏的过程。坏死是极端刺激引起的细胞损伤和死亡坏死是极端刺激引起的细胞损伤和死亡坏死是极端刺激引起的细胞损伤和死亡坏死是极端刺激引起的细胞损伤和死亡细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜保持良好的整合性，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应。7可编辑版坏死细胞凋亡细胞8可编辑版p正常细胞细胞核完整；p凋亡细胞染色质凝集，细胞核分解。9可编辑版细胞凋亡的生化特征细细胞胞凋凋亡亡的的主主要要特特征征是是形形成成大大小小为为180200bp特特征性的征性的DNA ladders10可编辑版细胞色素细胞色素c c诱导的凋亡细胞诱导的凋亡细胞DNADNA电泳图电泳图1细胞色素c诱导0 h2细胞色素c诱导1 h3细胞色素c诱导2 h4细胞色素c诱导3 h5细胞色素c诱导4 h6阴性对照7Marker （自赵允、翟中和）11可编辑版诱导细胞凋亡的因子物物理理性性因因子子，包包括括射射线线（紫紫外外线线，射射线线等等），温温度度刺刺激激（如热激，冷激）等（如热激，冷激）等化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNADNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿 瘤坏死因子瘤坏死因子（TNFTNF）等。等。12可编辑版细胞凋亡的检测形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法彗星电泳法（comet assay）流式细胞分析13可编辑版三、细胞凋亡的分子调控机理线虫是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。线虫神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个,Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。14可编辑版与与细细胞胞增增殖殖有有关关的的原原癌癌基基因因和和抑抑癌癌基基因因都都参参于于对对细细胞胞凋凋亡亡的的凋凋控控。其其中中研研究究较较多多的的有有Caspase、bcl-2、c-myc、p53、Fas/APO-1等等（一）细胞凋亡相关基因15可编辑版Caspase家族与凋亡家族与凋亡 Caspase Caspase活性位点是半胱氨酸活性位点是半胱氨酸(Cysteine)(Cysteine)，裂解靶蛋，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为天冬氨酸白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶。特异性的半胱氨酸蛋白水解酶。CaspaseCaspase蛋白酶参与蛋白酶参与FasFas诱导的细胞凋亡，与线虫细胞凋亡基因诱导的细胞凋亡，与线虫细胞凋亡基因ced-3ced-3同源。同源。16可编辑版Caspase活化 Caspase Caspase两类，两类，起始起始者者和和执行者执行者，自身以非活化的，自身以非活化的ProcaspaseProcaspase存在存在1.起始者：自体活化，可以自剪切而激活。当起始者：自体活化，可以自剪切而激活。当天冬氨酸天冬氨酸后的后的肽键被切断后，变成大小两个亚基，从而具有活性。包括：肽键被切断后，变成大小两个亚基，从而具有活性。包括：caspase2,8,9,10caspase2,8,9,10，11112.2.执行者：异体活化，其激活依赖于执行者：异体活化，其激活依赖于起始者起始者CaspaseCaspase，负责切，负责切割细胞核与细胞质中的结构蛋白和调节蛋白，包括割细胞核与细胞质中的结构蛋白和调节蛋白，包括caspase3,6,7caspase3,6,717可编辑版Fas诱导的细胞凋亡途径凋亡信号通路凋亡信号通路 配配体体（如如肿肿瘤瘤坏坏死死因因子子）与与FasFas结结合合，使使得得FasFas三三聚聚化化-与与接接头头蛋蛋白白（FADDFADD）结结合合（接接头头蛋蛋白白具具有有与与caspase8,10caspase8,10结结合合的的能能力力）-caspase8,10caspase8,10能能 够够 自自 剪剪 切切 而而 激激 活活-启启 动动 caspasecaspase级级 联联 反反 应应，使使 得得caspase3,7caspase3,7激活激活 -降解胞内的功能蛋白和结构蛋白，使细胞凋亡。降解胞内的功能蛋白和结构蛋白，使细胞凋亡。下游下游Caspases活化后，作用底物：活化后，作用底物：p裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；p裂解裂解DNaseDNase结合蛋白，使结合蛋白，使DNaseDNase释放，降解释放，降解DNADNA形成形成DNA Ladder;DNA Ladder;p裂裂解解参参与与细细胞胞连连接接或或附附着着的的骨骨架架和和其其他他蛋蛋白白，使使凋凋亡亡细细胞胞皱皱缩缩、脱脱落落，便于细胞吞噬便于细胞吞噬。18可编辑版FasFas参与的细胞凋亡途径参与的细胞凋亡途径19可编辑版Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡Bcl-2Bcl-2是是ced-9ced-9在在哺哺乳乳类类中中的的同同源源物物，能能延延长长细细胞胞生生存存，抑抑制制细细胞胞凋凋亡亡；Bcl-2Bcl-2蛋蛋白白的的羧羧基基末末端端有有一一穿穿膜膜的的结结构构域域，与与线线粒粒体及内质网膜相结合。体及内质网膜相结合。20可编辑版BCL-2家族成员家族成员 Bcl-2家族根据结构特点可以分为三个亚家族：家族根据结构特点可以分为三个亚家族：Bcl-2亚家族，抑制细胞凋亡的作用，含有所有的亚家族，抑制细胞凋亡的作用，含有所有的BH结构域；结构域；Bax亚家族，包括亚家族，包括Bax、Bak，一般只含，一般只含BH1、BH2、BH3三种结构域；三种结构域；BH3亚家族，包括亚家族，包括Bad、Bik、Bid，一般只含，一般只含BH3结构域。结构域。后两种具有促进细胞凋亡的作用。后两种具有促进细胞凋亡的作用。21可编辑版Bcl-2、线粒体与细胞凋亡当当Caspase8Caspase8活化后，它一方面作用于活化后，它一方面作用于procaspase3procaspase3，另，另一方面使一方面使BidBid裂解成裂解成2 2个片段，其中含个片段，其中含BH3BH3结构域的结构域的C-C-端端片段被运送到线粒体，与片段被运送到线粒体，与Bcl-2/BaxBcl-2/Bax的的BH3BH3结构域形成结构域形成复合物，导致细胞色素复合物，导致细胞色素C C释放。释放。CytCCytC与胞质中与胞质中Apaf-1Apaf-1(凋亡酶活化因子凋亡酶活化因子)结合并活化结合并活化Apaf-1Apaf-1，活化的，活化的Apaf-1Apaf-1再活化再活化Procaspase9Procaspase9，最后引起细胞凋亡。，最后引起细胞凋亡。22可编辑版细胞凋亡的途径总结23可编辑版植物的细胞凋亡与动物细胞凋亡不同的是，植物细胞凋亡后细胞内含物被细胞壁固定在原处，然后被液泡中的水解酶水解。24可编辑版第二节第二节 细胞衰老细胞衰老(cellularaging或或cellsenescence)人的寿命人的寿命衰老的涵义衰老的涵义Hayflick界限界限(HayflickLimitation）细胞在体内条件下的衰老细胞在体内条件下的衰老细胞衰老的分子机理细胞衰老的分子机理25可编辑版人的寿命应该有多长？哺乳类动物的寿命应该是其生长期的哺乳类动物的寿命应该是其生长期的5-75-7倍。倍。人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间(20-25(20-25岁岁)。因此人的寿命应该为因此人的寿命应该为100-175100-175岁，正常应该是岁，正常应该是120120岁。岁。遗传、性别、工作环境、营养等26可编辑版“衰”与“老”“衰衰”是指功能或体力的减退。是指功能或体力的减退。“老老”是指年龄超过某一界限。是指年龄超过某一界限。衰老是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合衰老是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现，是不可逆的生命过程。衰老是客观存在的，表现，是不可逆的生命过程。衰老是客观存在的，是细胞生命活动的客观规律。机体的衰老与细胞的是细胞生命活动的客观规律。机体的衰老与细胞的衰老是相关联的。衰老是相关联的。复制衰老27可编辑版一、Hayflick界限(Hayflick Limitation）概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就是 Hayflick界限。不同的细胞，其增殖能力和寿命不同。28可编辑版细胞增殖能力相关因素细胞增殖能力相关因素物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系细胞的增殖能力与细胞的增殖能力与供体年龄供体年龄有关有关 29可编辑版细胞来源胎儿胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数 40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数30可编辑版二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的 决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境 是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老。是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老。最近有科学家提出衰老基因的存在。最近有科学家提出衰老基因的存在。31可编辑版二、细胞衰老的特征二、细胞衰老的特征1 细胞核的变化：核膜内折，染色质固缩，核仁不规则。2 内质网的变化：年老动物：RER弥散、总量减少。3 线粒体的变化：数量随龄减少，体积随龄增大。由于线粒体是细胞呼吸和氧化的中心，有人称它是决定细胞衰老的生物钟。4 膜系统的变化：目前资料表明，膜的改变确实与衰老有密切关系，年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相。32可编辑版1.生长停止，细胞分裂停止，且停滞是不可逆的。2.衰老相关的-半乳糖苷酶活化。目前常用的衰老生物学特征33可编辑版（一）差错学派差差错错学学派派认认为为细细胞胞衰衰老老是是各各种种细细胞胞成成分分在在受受到到内内外外环环境境的的损损伤伤作作用用后后，因因缺缺乏乏完完善善的的修修复复，使使“差差错错”积累，导致细胞衰老。积累，导致细胞衰老。三、细胞衰老的分子机理三、细胞衰老的分子机理34可编辑版（二）遗传论学派（二）遗传论学派遗遗传传决决定定学学说说 认认为为衰衰老老是是遗遗传传上上的的程程序序化化过过程程，其其推推动动力力和和决决定定因因素素是是基基因因组组。控控制制生生长长发发育育和和衰衰老老的的基基因因都都在在特特定定时时期期有有序序地地开开启启或或关关闭闭。长长寿寿者者、早早老老症症患患者者往往往往具具有有明明显显的的家家族族性性，后后者者已已被被证证实实是是染染色色体体隐隐性性遗遗传病。因此衰老在一定程度上是由遗传决定的传病。因此衰老在一定程度上是由遗传决定的。端端粒粒钟钟学学说说 认认为为端端粒粒随随着着细细胞胞的的分分裂裂不不断断缩缩短短，当当端端粒粒长长度度缩缩短短到到一一定定阈值时，细胞就进入衰老过程。阈值时，细胞就进入衰老过程。35可编辑版Werners syndrome 36可编辑版Hutchinson-Gilford syndrome 37可编辑版本章内容到此结束，谢谢大家！1、什么是 Hayflick界限？2、细胞凋亡的概念，形态特征及其与坏死的区别是什么？3、凋亡在有机体生长发育过程中有何重要意义？38可编辑版