学术讨论—胚胎发育与程序性细胞死亡.ppt

胚胎发育胚胎发育(fy)(fy)与程序性细胞死亡与程序性细胞死亡 第一页，共五十五页。o 2002年年10月月7日：日：诺贝尔生理学或医学奖诺贝尔生理学或医学奖.过去过去30年中在年中在“器官发育和程序性细胞死亡器官发育和程序性细胞死亡(swng)的基因调控的基因调控”方面所做出的贡献。方面所做出的贡献。Sydney Brenner,John Sulston,obert Horvitz第二页，共五十五页。程序性细胞死亡程序性细胞死亡(swng)的发现和提出的发现和提出 Programmed Cell Death,PCDo其含义是有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。19世纪60年代由 Lockshin和Williams首先使用的，用来描述蚕蛾变态期间所发生(fshng)的、由时间调节的节间肌退化。它是一个主要由发育生物学家所使用的名词，是一种形态和生化特征明确的细胞主动死亡形式，是细胞对内外信息刺激作出的一种应答反应。第三页，共五十五页。o1885年由Walther Flemming发现。他在研究哺乳动物卵巢内卵泡细胞(xbo)时发现，退行性卵巢上皮中散在着细胞(xbo)核破裂的细胞(xbo)。o1914年，德国解剖学家LuduringGraper在一篇题为“细胞消失新观点”文章中再次报道了这种现象，并用“染色质溶解”解释了胚胎发育中器官收缩、生物腔消失等现象。历史历史(lsh)回顾回顾第四页，共五十五页。o1951年，胚胎学家Glucksmann：“首先(shuxin)是染色质浓缩，组成单个如帽状的染色质块，而非染色质部分在核心内形成空泡细胞核和细胞质成分都因为丢失液体而收缩细胞核对染色质的亲和力下降，Feulgen染色阴性，核断裂，最终消失，这就是染色质溶解解体细胞可以被临近细胞吞噬。”他同时还指出，“细胞核能裂解成几个凝固的颗粒”，第五页，共五十五页。PCD与坏死与坏死(hui s)的区别的区别 necrosiso细胞坏死是外界毒性(d xn)刺激(如缺血、高温、物理或化学损伤和生物侵袭等)直接作用于细胞所造成的细胞急速死亡。oPCD是受基因控制的生理性细胞死亡，是一个主动的自杀过程。第六页，共五十五页。PCD与细胞凋亡与细胞凋亡(dio wn)(apoptosis)的关系的关系 o从形态学来看，基本一样oPCD是一种发育学功能上的概念，而细胞(xbo)凋亡则是形态学概念。oPCD可能最后归结于细胞凋亡，但细胞凋亡并不一定包括程序化。胞毒药物诱导的细胞凋亡 第七页，共五十五页。LPS诱导培养(piyng)的内皮细胞凋亡第八页，共五十五页。一一 程序性细胞死亡程序性细胞死亡(swng)的特征形态的特征形态特征特征 o首先是细胞核染色质凝聚，产生边界清晰、密度一致的颗粒状物质，首先是细胞核染色质凝聚，产生边界清晰、密度一致的颗粒状物质，呈半月形、块状或帽状，位于呈半月形、块状或帽状，位于(wiy)核膜下。核膜下。o随着细胞核的改变，细胞皱缩变圆，相邻细胞间连接复合体随着细胞核的改变，细胞皱缩变圆，相邻细胞间连接复合体普遍消失，其他单位膜特有的结构普遍消失，其他单位膜特有的结构(如微绒毛等如微绒毛等)也随之消失，也随之消失，凋亡的细胞与周围细凋亡的细胞与周围细胞脱离。胞脱离。第九页，共五十五页。o细胞质浓缩，有的细胞器细胞质浓缩，有的细胞器(如内质网、高尔基复合体如内质网、高尔基复合体)，及核被膜扩张膨大，及核被膜扩张膨大(png d)，形成泡状结构与细胞，形成泡状结构与细胞膜融合，以胞吐方式离开正在死亡的细胞；线粒体膜融合，以胞吐方式离开正在死亡的细胞；线粒体变得不对称，出现有基质突出的疝、内膜扩张和部变得不对称，出现有基质突出的疝、内膜扩张和部分线粒体嵴失去了有序折叠而变得宽大，伴有或不分线粒体嵴失去了有序折叠而变得宽大，伴有或不伴有基质肿胀。伴有基质肿胀。第十页，共五十五页。胆管癌细胞(xbo)，示凋亡小体o细胞膜内陷自行分割细胞膜内陷自行分割(fng)为多个由单位膜包裹、内含物为多个由单位膜包裹、内含物不外溢的膜包颗粒，即不外溢的膜包颗粒，即凋亡小体凋亡小体(apop toticbody)。第十一页，共五十五页。正常正常(zhngchng)细细胞、凋亡胞、凋亡细胞细胞的扫描电境图第十二页，共五十五页。第十三页，共五十五页。第十四页，共五十五页。程序性细胞死亡程序性细胞死亡(swng)坏死细胞坏死细胞 o细胞核细胞核 染色质边缘化染色质边缘化(在核膜下在核膜下 聚集聚集)，形成凋亡小体，形成凋亡小体o 细胞质细胞质 浓缩，细胞器结构保留浓缩，细胞器结构保留 o细胞膜细胞膜 膜泡状突起，但完整性依旧膜泡状突起，但完整性依旧o生化生化(shn hu)表现表现 离子平衡离子平衡 Caz+内流内流 ATP 依赖依赖ATP功能功能 合成代谢合成代谢 新的新的RNA、蛋白质合成、蛋白质合成 染色质呈絮状，核浓缩、核破裂、染色质呈絮状，核浓缩、核破裂、核溶解核溶解 肿胀与溶解，细胞器瓦解肿胀与溶解，细胞器瓦解膜的完整性被破坏膜的完整性被破坏 离子平衡调节丧失离子平衡调节丧失不需要能量不需要能量(nngling)合成代谢终合成代谢终 第十五页，共五十五页。程序性细胞程序性细胞(xbo)死亡死亡 坏死细胞坏死细胞(xbo)o DNA电泳电泳 呈阶梯状条带呈阶梯状条带 呈弥散状分布条带呈弥散状分布条带 o 核酸内切酶核酸内切酶 活化活化 不活化不活化 o炎症反应炎症反应 无无 有有o基因调节基因调节(tioji)有凋亡相关基因调控有凋亡相关基因调控 与基因调节无关与基因调节无关 o生理学意义生理学意义 单个、个别细胞死亡单个、个别细胞死亡 细胞群体死亡细胞群体死亡 第十六页，共五十五页。二二 PCD的生理的生理(shngl)和生化特征和生化特征oPCD早期(zoq)阶段，位于细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)转位到细胞膜的外侧。第十七页，共五十五页。oPCD最后阶段，依赖Ca2+、Mg2+的核酸内切酶激活，将DNA以核小体为单位(dnwi)降解成为180200bp及其倍数大小的DNA片段，称寡聚核小体。这在琼脂糖凝胶电泳上呈现出特征性的“梯子状(1adder)”带纹。第十八页，共五十五页。o胚胎细胞 PCD的形态 特征：共性：细胞变小、染色加深、细胞核浓缩致密、凋亡小体形成。个性：低电子密度区存在明显的核仁；细胞核往往裂解为23个致密块，在细胞核碎块尚未完全分离时彼此(bc)连接处可观察到环孔板。第十九页，共五十五页。三三 胚胎发育胚胎发育(fy)中的程序性细胞死亡中的程序性细胞死亡 o很多种动物不同发育阶段中均有PCD的发生(fshng)。见教材(表82,page144)第二十页，共五十五页。o无用结构的退化消失与PCD 前肾：鱼保留(boli)尾巴：第二十一页，共五十五页。o中枢神经系统的发生、发育与PCD PCD导致胚胎发育中80以上的神经元的死亡(swng)。大量的证据表明 时相点时相点神经元神经元/视野视野 （标准差）（标准差）E1552.4*（9.35）E1853.3*(9.21)P046.1*（8.04）P742.5 (7.96)C39.7 (6.03)I138.4 (7.90)I737.7 (7.12)I1436.6 (6.87)I2134.8*(6.98)第二十二页，共五十五页。o生殖细胞的发生与PCD：新生女孩(n hi)：200万个原始卵泡 青春期：4-5万个 一生排卵：400-500个第二十三页，共五十五页。o胚胎发育中胚胎发育中PCD的生物学意义的生物学意义 多细胞生物的发生、发育、成长、成熟至衰老死亡是一种自然的有规律的程序化过程。PCD是多细胞生物中不可缺少(qusho)的生命活动现象。第二十四页，共五十五页。1系统匹配(ppi)：80%神经细胞7095淋巴细胞 99卵母细胞 第二十五页，共五十五页。2雕刻躯体o一些(yxi)进化性重演结构：尾、鳃、弓动脉、前肾 o某些器官形成正常的形态结构，并与其功能相适应：消化管和阴道等的管化、指(趾)间蹼趵消失、左右腭突融合成腭、双侧中肾旁管下端融合形成子宫 第二十六页，共五十五页。3.除去短暂结构o昆虫o蝌蚪(kdu)到青蛙o哺乳动物的乳腺第二十七页，共五十五页。4选择性发育o胸腺：T淋巴细胞o淋巴小结：B淋巴细胞o一些细菌、药物或物理因素引起的胚胎细胞的损伤亦将通过(tnggu)PCD清除 第二十八页，共五十五页。四四 程序性细胞程序性细胞(xbo)死亡的机制死亡的机制 1.胚胎发育中程序性细胞死亡的调节：o激素水平的调节：甲状腺素、胰岛素和性激素 甲状腺素与尾巴(wi ba)脱落的关系 第二十九页，共五十五页。雄激素雄激素/雌激素水平雌激素水平(shupng)与闭锁卵泡的关系与闭锁卵泡的关系 抑制颗粒细胞PCD 促进PCD第三十页，共五十五页。细胞因子调节细胞因子调节(tioji)神经(shnjng)生长因子(NGF)、神经(shnjng)营养因子(NT)成纤维细胞生长因子(FGF)、转化生长因子(TGF)集落刺激因子(CSF)第三十一页，共五十五页。基因基因(jyn)水平调水平调节：节：（1)1)秀丽(xil)线虫是研究PCD的最好模型.发育过程中131个细胞PCD最有资格最有资格(z g)获得诺贝尔奖获得诺贝尔奖第三十二页，共五十五页。启动基因启动基因：ced-1、ced-2、ced-3、ced-4；效应基因效应基因：ced-3、ced-4、ced-9和eglJ；吞噬基因吞噬基因(参与吞噬凋亡小体)：ced-1、ced-2、ced-5、ced-6、ced-7、ced-8、ced-10、ced-12；降解基因降解基因(参与降解凋亡小体中的DNA等)：nuc-1(核酸酶基因)。其中，ced-3和ced-4基因在启动和执行PCD中起重要作用，且在所有(suyu)PCD细胞中呈高水平表达。ced-3基因编码的蛋白质(CED-3)和哺乳类细胞中的 ICE序列相似。秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫(xin chn)，15个基因与个基因与PCD有关有关 第三十三页，共五十五页。(2)TNF死亡受体超家族死亡受体超家族(TNF receptor superfamily)o死亡结构域死亡结构域(deathdomain，DD)受体：80个氨基酸残基组成 Fas Tnfr1 DR3、DR4、DR5、CAR1 受体与配体结合后都能引起细胞(xbo)死亡 o含有死亡结构域的信号蛋白 TRADD、FADD、RIP、CRADD和MADD第三十四页，共五十五页。死亡死亡(swng)受体信号受体信号通路通路第三十五页，共五十五页。(3)Caspase家族家族o1990年发现人类(rnli)白细胞介素1转换酶(interleukin-1 converting enzyme，ICE)与线虫的CED-3高度同源 以及10余种高度同源的酶陆续被发现 第三十六页，共五十五页。o1996年10月，Cell杂志发表了“人类(rnli)ICECEl)-3蛋白酶命名法则”：Caspase 1-10 C：半胱氨酸蛋白酶 活性aspase：天冬氨酸特异性酶第三十七页，共五十五页。oCaspase家族信号通路在死亡(swng)受体途径中的作用第三十八页，共五十五页。(4)凋亡蛋白酶活化因子凋亡蛋白酶活化因子1 (apoptotic protease activating factor-1，Apaf1)从HeLa细胞 克隆 CED-4 同源 Apaf-1在线粒体介导的PCD途径中发挥作用；由于人体内一系列信号转导级联反应(fnyng)均以Apaf-1为靶子而调节凋亡体，Apaf-1可被认为是凋亡体的真正核心。第三十九页，共五十五页。Apaf-1引起(ynq)凋亡的信号通路第四十页，共五十五页。（5）其他）其他PCD相关相关(xinggun)基因基因o线粒体膜间隙蛋白线粒体膜间隙蛋白(dnbi)线粒体释放的凋亡相关因子o 自由基自由基：活性氧自由基活性氧自由基：超氧阴离子自由基、羟自由基、过氧化氢、单线态氧 活性氮自由基活性氮自由基：一氧化氮(NO)及二氧化氮(N02)第四十一页，共五十五页。oP53基因基因(jyn)家族家族 oBcl2家族家族 o凋亡抑制蛋白家族凋亡抑制蛋白家族 o核酸内切酶核酸内切酶：第四十二页，共五十五页。PCD的信号转导途径的信号转导途径(tjng)1.死亡死亡(swng)受体途径受体途径 (death receptor pathway)(1)Fas信号转导途径信号转导途径(2)TNFR 1信号转导途径信号转导途径 (3)TRAIL信号转导途径信号转导途径 第四十三页，共五十五页。Fasl 引起引起PCD信号信号(xnho)途径途径第四十四页，共五十五页。（2）内质网应激反应性途径）内质网应激反应性途径(tjng)endoplasmic reticulum stress，ERS（3）MAPK、JAK-STAT信号转导途径信号转导途径（4）G蛋白信号转导途径蛋白信号转导途径 第四十五页，共五十五页。五、胚胎发育过程五、胚胎发育过程(guchng)中的异常凋亡中的异常凋亡o胚胎(piti)发育过程受到化学、物理、缺血、营养等多因素的影响 死亡死亡 or 发育异常发育异常第四十六页，共五十五页。o七大常见畸形七大常见畸形(jxng)：脑积水脑积水、肢体畸形、肢体畸形、唇、唇腭裂腭裂、神经管、神经管畸形畸形、消化道畸形、消化道畸形、先天性心脏病、先天性心脏病 o先天性畸形的10%25%与遗传因素有关，10%20%与环境因素有关，遗传与环境共同作用的因素占60%80%第四十七页，共五十五页。诊断诊断(zhndun)性超声对胎儿细胞凋亡的影性超声对胎儿细胞凋亡的影响响o诊断用彩色多普勒超声对大鼠早孕胚胎组织细胞凋亡及Caspase3 mRNA 表达(biod)的影响第四十八页，共五十五页。诊断诊断(zhndun)用彩色多普勒超声对大鼠早孕胚胎组织用彩色多普勒超声对大鼠早孕胚胎组织细胞凋亡及细胞凋亡及Bcl-xl mRNA表达的影响表达的影响李陶。李陶。细胞与分子细胞与分子(fnz)免疫学杂志。免疫学杂志。2009,25(12)：1242-1245第四十九页，共五十五页。陈光阳陈光阳.超声对活鼠胚胎超声对活鼠胚胎(piti)心肌细胞凋心肌细胞凋.中国辐射卫生2007，16（3）266-268然后采用TUNUL染色、RT-PCT、电镜等方法检测心肌细胞凋亡(dio wn)和相关基因的表达情况第五十页，共五十五页。o本实验显示,诊断级高频率高声强二维超声可导致胚胎(piti)心肌细胞的凋亡,凋亡调节基因Bcl-2及Bax参与了该过程的调控.o是否导致先天性心脏病？是否导致先天性心脏病？第五十一页，共五十五页。o对培养(piyng)的神经前体细胞施加低频电磁辐射电磁场对神经前体细胞凋亡相关电磁场对神经前体细胞凋亡相关(xinggun)基因的基因的影响影响第四军医大学学报第四军医大学学报2008,29(10):876-9第五十二页，共五十五页。oRT-PCR检测凋亡基因检测凋亡基因(jyn)和抗凋亡基因和抗凋亡基因(jyn)的表达的表达情况情况结果：Bcl-2和Bax表达(biod)均增高。第五十三页，共五十五页。谢 谢第五十四页，共五十五页。内容(nirng)总结胚胎发育与程序性细胞死亡。过去30年中在“器官发育和程序性细胞死亡的基因调控(dio kn)”方面所做出的贡献。PCD是一种发育学功能上的概念，而细胞凋亡则是形态学概念。细胞膜内陷自行分割为多个由单位膜包裹、内含物不外溢的膜包颗粒，即凋亡小体(apop toticbody)。细胞核往往裂解为23个致密块，在细胞核碎块尚未完全分离时彼此连接处可观察到环孔板。7095淋巴细胞。结果：Bcl-2和Bax表达均增高第五十五页，共五十五页。