细胞的程序化死亡.pptx

Chapter12Cellular aging and programmed cell death12.1Cellularagingn nHayflick limitationHayflick limitation 1961 1961 1961 1961年，年，年，年，Hayflick Hayflick Hayflick Hayflick 首次报道了体外培养的人成纤维细首次报道了体外培养的人成纤维细首次报道了体外培养的人成纤维细首次报道了体外培养的人成纤维细胞胞胞胞(human fibroblast)(human fibroblast)(human fibroblast)(human fibroblast)具有增殖分裂的极限。他利用来具有增殖分裂的极限。他利用来具有增殖分裂的极限。他利用来具有增殖分裂的极限。他利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的成纤维细胞分裂传代成纤维细胞分裂传代成纤维细胞分裂传代成纤维细胞分裂传代50505050次后开始衰退和死亡，而来自成次后开始衰退和死亡，而来自成次后开始衰退和死亡，而来自成次后开始衰退和死亡，而来自成年组织的成纤维细胞只能培养年组织的成纤维细胞只能培养年组织的成纤维细胞只能培养年组织的成纤维细胞只能培养1515151530303030代就开始死亡。代就开始死亡。代就开始死亡。代就开始死亡。nn n n体外培养人的成纤维细胞，在体外分裂次数有限，体外培养人的成纤维细胞，在体外分裂次数有限，证明细胞不是不死的证明细胞不是不死的n n将老年的人的成纤维细胞与年轻的人的成纤维细胞将老年的人的成纤维细胞与年轻的人的成纤维细胞同时培养，年轻状态的细胞在体外分裂次数更多，同时培养，年轻状态的细胞在体外分裂次数更多，说明衰老与供体细胞的年纪有关说明衰老与供体细胞的年纪有关n n老年的人的成纤维细胞与年轻的人的成纤维细胞进老年的人的成纤维细胞与年轻的人的成纤维细胞进行混合和单独培养比较实验，发现二者的分裂次数行混合和单独培养比较实验，发现二者的分裂次数没有变化，说明与培养的环境无关没有变化，说明与培养的环境无关n n利用细胞杂交的方法确定引起衰老的真正原因。年利用细胞杂交的方法确定引起衰老的真正原因。年轻的胞质体与年老的完整细胞融合，杂种细胞不能轻的胞质体与年老的完整细胞融合，杂种细胞不能分裂；年老的胞质体与年轻的完整细胞融合，杂种分裂；年老的胞质体与年轻的完整细胞融合，杂种细胞分裂能力与年轻相同，证明细胞核是导致衰老细胞分裂能力与年轻相同，证明细胞核是导致衰老的真正原因的真正原因 Human fibroblast cultured in vitroHuman fibroblast cultured in vitroYONGOLD早老症儿童与正常儿童的比较早老症儿童与正常儿童的比较12.1.1 12.1.1 衰老细胞的特征衰老细胞的特征 细胞衰老的分子机理（一）差错学派 1、代谢废物积累：如：脂褐质 2、自由基攻击：导致DNA、蛋白质变异，正常细胞内存在清除自由基的防御系统：酶系统：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)；非酶系统：维生素E，醌类等电子受体。遗传论学派1、细胞有限分裂学说“Hayflick”极限，即细胞最大分裂次数。L.Hayflick(1961)报道，人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的（6070代）。细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。2、重复基因失活学说：如哺乳动物rRNA基因数随年龄而减少。3、衰老基因学说 子女的寿命与双亲的寿命有关；各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；成人早衰症：平均39岁时出现衰老，47岁生命结束；婴幼儿早衰症：1岁时出现明显的衰老，1218岁生命结束，早衰症患者体内解旋酶发生突变。Caenrhabditis elegans的平均寿命仅3.5天，该虫age-1 单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%。自由基攻击细胞的证据自由基攻击细胞的证据12.2 PCD(program cell death)Death NecrosisNecrosis:apoptosis:apoptosis12.2.1 Introduction细胞坏死 是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀 继而溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症。n n20022002年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖n n英国科学家悉尼英国科学家悉尼 布伦纳（布伦纳（SydneySydney BrennerBrenner）n n英国科学家约翰英国科学家约翰 苏尔斯顿（苏尔斯顿（JohnJohn E.E.SulstonSulston）n n美国科学家罗伯特美国科学家罗伯特 霍维茨（霍维茨（H.H.RobertRobert HorvitzHorvitz）2002200220022002年年年年的的的的诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔生生生生理理理理学学学学和和和和医医医医学学学学奖奖奖奖授授授授予予予予了了了了在在在在器器器器官官官官发发发发育育育育和和和和程程程程序序序序性性性性细细细细胞胞胞胞死死死死亡亡亡亡研研研研究究究究领领领领域域域域中中中中做做做做出出出出奠奠奠奠基基基基性性性性贡贡贡贡献献献献的的的的3 3 3 3位科学家位科学家位科学家位科学家:英国的英国的英国的英国的BrennerBrennerBrennerBrenner、SulstonSulstonSulstonSulston和美国的和美国的和美国的和美国的HorvitzHorvitzHorvitzHorvitz他他他他们们们们创创创创造造造造性性性性地地地地用用用用线线线线虫虫虫虫作作作作为为为为实实实实验验验验模模模模型型型型,实实实实现现现现了了了了对对对对器器器器官官官官发发发发育育育育过过过过程程程程中中中中细细细细胞胞胞胞分分分分裂裂裂裂、分分分分化化化化的的的的原原原原位位位位观观观观察察察察,完完完完成成成成了了了了细细细细胞图谱的绘制胞图谱的绘制胞图谱的绘制胞图谱的绘制,在在在在此此此此基基基基础础础础上上上上发发发发现现现现并并并并研研研研究究究究了了了了调调调调控控控控器器器器官官官官发发发发育育育育程程程程序序序序性性性性细细细细胞胞胞胞死死死死亡亡亡亡的的的的关关关关键键键键基基基基因因因因及及及及其其其其功功功功能能能能并并并并进进进进一一一一步步步步在在在在高高高高等等等等哺哺哺哺乳乳乳乳动物中发现了相关功能基因。动物中发现了相关功能基因。动物中发现了相关功能基因。动物中发现了相关功能基因。Kerr（1972）最先提出，与细胞坏死的区别是：细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；凋亡小体内有结构完整的细胞器；不引起炎症；线粒体无明显形态变化，溶酶体活性不增加；内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈梯状；凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。12.2.2 Necrosis and apoptosis P PC CD DPCD NecrosisapoptosisD DN NA A L LA AD DD DE ER R 1 18 80 02 20 00 0b bp p转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶 tTG tTG（tissue tissue TransglutaminaseTransglutaminase）increaseincrease Biology and chemical character 细胞凋亡和细胞坏死的区别区别点区别点细胞凋亡细胞凋亡细胞坏死细胞坏死起因起因生理或病理性生理或病理性病理性变化或剧烈损伤病理性变化或剧烈损伤范围范围单个散在细胞单个散在细胞大片组织或成群细胞大片组织或成群细胞细胞膜细胞膜保持完整，一直到形成凋保持完整，一直到形成凋亡小体亡小体破损破损染色质染色质凝聚在核膜下呈半月状凝聚在核膜下呈半月状呈絮状呈絮状细胞器细胞器无明显变化无明显变化肿胀、内质网崩解肿胀、内质网崩解细胞体积细胞体积固缩变小固缩变小肿胀变大肿胀变大凋亡小体凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬细胞吞噬基因组基因组DNADNA有控降解，电泳图谱呈梯有控降解，电泳图谱呈梯状状随机降解，电泳图谱呈涂抹状随机降解，电泳图谱呈涂抹状蛋白质合蛋白质合成成有有无无调节过程调节过程受基因调控受基因调控被动进行被动进行炎症反应炎症反应无，不释放细胞内容物无，不释放细胞内容物有，释放内容物。有，释放内容物。PCD regulate nerve cell number PCD regulate nerve cell number 1:1:形态学形态学2:电泳方法电泳方法彗星电泳3:DNA TUNEL3:DNA TUNEL4:CaspaseactivityWesternblot5:Flow cytometric analysisFlow cytometric analysis12.2.4 Unravel mechanism of apoptosis12.2.4.1 CED3/CASPASESn nCaspases:Caspases:(cysteine asparic acic specific(cysteine asparic acic specific protease)protease)n nCaspases Caspases 高度选择切割蛋白质，发生在少数结构域区域，高度选择切割蛋白质，发生在少数结构域区域，高度选择切割蛋白质，发生在少数结构域区域，高度选择切割蛋白质，发生在少数结构域区域，活化或者失活但不降解蛋白质活化或者失活但不降解蛋白质活化或者失活但不降解蛋白质活化或者失活但不降解蛋白质Caspasesn Caspases2，8，9，10；take part in start PCDn Caspases3，6，7；take part in perform PCDn Caspases1，4，12；indirect function CaspasesregulateinmammalPCD gene in C.elegans C.elegans:Ced3 Ced4 Ced9Human：ICE,apopain(死亡酶）,Apaf1 Bcl2A 受体介导的程序性细胞死亡途径受体介导的程序性细胞死亡途径NATURE REVIEWS|CANCER VOLUME 2|APRIL 2002|277Death inducing signaling complex Fas与配体（如TNF）结合发生三聚化，使胞内的DD 区（Death domain）与接头蛋白FADD的DD区结合。FADD N 端通过DED 区（death effector domain）与Caspase-8前体结合，Caspase-8通过自剪接激活。Caspase-8引起caspase级联反应，激活Caspase-3、6、7。Caspase可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、周期蛋白等等。胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径小结凋亡信号通路凋亡信号通路 当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF(Fas,TNF等等)后，凋后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白接蛋白(Adaptor protein)(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又结合，这些衔接蛋白又募集募集ProcaspasesProcaspases聚集在受体部位，聚集在受体部位，ProcaspaseProcaspase相相互活化并产生级联反应，下游互活化并产生级联反应，下游CaspasesCaspases活化后使细活化后使细胞凋亡。胞凋亡。l l 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；l l 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形形成成DNA Ladder;DNA Ladder;l l 裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、使凋亡细胞皱缩、l l 脱落，便于细胞吞噬；致膜脂脱落，便于细胞吞噬；致膜脂PSPS重排，便于吞重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。噬细胞识别并吞噬。12.2.4.2CED4/Apaf1nApoptosis protease activating factorsn nApaf2就是细胞酶色素CB B 细细胞胞内内源源信信号号激激发发细细胞胞程程序序性性死死亡亡Apoptosis protease activating factors Apaf2 C.elegans 12.2.4.3Bcl-2家族与细胞凋亡Bcl-2Bcl-2是是一一种种原原癌癌基基因因，是是ced-9ced-9在在哺哺乳乳类类中中的的同同源源物物，能能抑抑制制细细胞胞凋凋亡亡；与与线线粒粒体体及及内内质质网网膜膜相相结结合合；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；Bcl-2Bcl-2家家族族成成员员的的基基因因中，常常含有三个保守的中，常常含有三个保守的Bcl-2Bcl-2同源区，即同源区，即BH1BH1，BH2BH2和和BH3BH3 Bcl-2Bcl-2Bcl-2Bcl-2基基基基因因因因蛋蛋蛋蛋白白白白表表表表达达达达可可可可抑抑抑抑制制制制多多多多种种种种组组组组织织织织细细细细胞胞胞胞的的的的凋凋凋凋亡亡亡亡，Bcl-2Bcl-2Bcl-2Bcl-2蛋蛋蛋蛋白白白白是是是是线线线线粒粒粒粒体体体体膜膜膜膜关关关关联联联联的的的的稳稳稳稳定定定定蛋蛋蛋蛋白白白白，它它它它主主主主要要要要位位位位于于于于线线线线粒粒粒粒体体体体外外外外膜膜膜膜、核核核核被被被被膜膜膜膜和和和和内内内内质质质质网网网网膜膜膜膜。高高高高浓浓浓浓度度度度Bcl-2Bcl-2Bcl-2Bcl-2蛋蛋蛋蛋白白白白抑抑抑抑制制制制内内内内质质质质网网网网中中中中钙钙钙钙离离离离子的释放子的释放子的释放子的释放哺乳动物细胞中发现的哺乳动物细胞中发现的Apaf2Apaf2即是即是CytCCytC Bcl-2Bcl-2、线粒体与细胞凋亡、线粒体与细胞凋亡 Bcl-2对线粒体功能的调控对线粒体功能的调控n n抑制凋亡蛋白：抑制凋亡蛋白：Bcl-2、Bcl-XL、Mc12、Bfe1、A1。n n促凋亡蛋白：促凋亡蛋白：Bax、Bcl-XS、Bad、Bak、Bik等，分布在线粒体外膜、核膜和等，分布在线粒体外膜、核膜和内质网膜上内质网膜上 P53 n n肿瘤抑止基因，是人类肿瘤中突变最高的肿瘤抑止基因，是人类肿瘤中突变最高的基因（基因（50）n nP53肿瘤抑制基因分为野生型与突变型，肿瘤抑制基因分为野生型与突变型，野生型野生型P53诱导细胞凋亡，突变型诱导细胞凋亡，突变型P53抑抑制细胞凋亡制细胞凋亡n nP53通过调节通过调节Bcl2 Bax的表达来影响细的表达来影响细胞凋亡胞凋亡Cell,Vol.108,153164,January 25,2002,Copyright.2002 by Cell PressSummary