细胞增殖资料.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,*,*,细胞增殖和凋亡,异常与疾病,广东医学院病理生理学教研室,1,受精卵,成人,200,多种细胞 约,10,14,个细胞,1,个细胞,“,细胞增殖,”,“,细胞分化,”,2,3,受精卵,成人,200,多种细胞 约,10,14,个细胞,1,个细胞,“,细胞增殖,”,“,细胞分化,”,“,细胞凋亡,”,4,细胞增殖的概述,细胞增殖异常与疾病,细胞周期及其调控,细胞周期调控异常与疾病,调控细胞周期与疾病的防治,5,细胞增殖,(,cell proliferation,),细胞分化,(,cell differentiation),细胞通过生长和分裂使,细胞数目增加,使子细胞获得和母细胞,相同遗传特性,的过程。,细胞通过分裂增殖产生,结构和功能上有特定差异,的子代细胞的过程。,两者关系,:,相互关联 但有所不同,基因型相同,基因型相同 细胞表型不同,概述,6,生命延续的保证,生长发育的基础,维持细胞数量稳态,细胞增殖分化生物学意义,概述,参与创伤修复,7,细胞周期,(,cell cycle),指细胞从一次分裂结束，到下一次,分裂终了的过程或间隔时间。,细胞增殖是通过,细胞周期,来实现,G,1,期,:DNA,合成前期,S,期,:DNA,合成期,G,2,期,:DNA,合成后期,M,期,:,有丝分裂期,8,图,1,细胞周期过程,特点:,单向性,阶段性,检查点,微环境影响,机体活细胞分类,:,周期性细胞,(,连续分裂细胞,),G,0,期细胞,(,休眠细胞,),终端分化细胞,(,不分裂细胞,),9,2001,年,10,月,8,日美国人,LelandHartwell,、,英国人,Paul Nurse,、,TimothyHunt,因对,细胞周期调控机理的研究,而荣获诺贝尔生理医学奖,利兰,.,哈特韦尔 保罗,.,诺斯 蒂莫西,.,亨特,Controlling,Genes,CDKs,cyclins,10,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,细胞外信号对细胞周期的调控,11,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,CDK,cyclinCDI,检查机制,驱动机制,周期素依赖性蛋白激酶,(,c,yclin,d,ependent,k,inase,),“,引擎,”,“,油门,”,“,刹车,”,“检查站,关卡,”,细胞周期检查点,12,细胞周期自身调控,周期素,(cyclin)“,油门,”,特点,:,呈周期性波动,功能,:,激活相应,CDK,，,驱动该期前进,Cyclin,至少有,8,种，分三大类,G,1,期cyclin,S期cyclin,G,2,/M期cyclin,:,cyclin D,E,等,:,cyclin A,等,:,cyclin B,等,13,细胞周期自身调控,周期素,(cyclin)“,油门,”,属丝,氨酸,/,苏氨酸蛋白酶,CDK,家族有,9,种成员（,CDK19,）,CDK,的激活是细胞周期运行的直接动力,-,不同阶段有相应的,cyclin,/CDK,-CDK,与相应的,cyclin,结合才能被激活,周期素依赖性激酶,(,CDK,)“,引擎,”,14,图,2,不同阶段的,cyclin/CDK,复合物,CDK1/CycB,15,图,3 CDK,活性的影响因素,cyclin,(,正调节),Thr,161,的磷酸化,（活性位点）,Thr,14,和,Tyr,15,去磷酸化,(,抑制位点）,某些氨基酸残基磷酸化状态,CDI,(,负调节),泛素降解,灭活,CDK,CAK,+,16,周期素,(cyclin)油门,”,周期素依赖性激酶,(,CDK,)“,引擎,”,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,可特异性抑制,CDK,的活性,周期素依赖性激酶抑制因子,(CDI)“,刹车,”,17,周期素依赖性激酶抑制因子,(,c,yclin,d,ependent,kinase,i,nhibitor,CDI,),Ink4 Kip,结构特点,组成成员,作用特点,含一个重复结构域锚蛋白,P16,Ink4a,P15,Ink4 b,P18,Ink4 c,P19,Ink4d,特异性地与,CDK4/6,结合,抑制激酶活性,N,端含一个保守的,80,个氨基酸序列,P21,wafl,P27,kip1,P57,kip2,与,cyclin/CDK,复合物结合而抑制,CDK,18,周期素,(cyclin)“,油门,”,周期素依赖性激酶,(,CDK,)“,引擎,”,周期素依赖性激酶抑制因子,(CDI)“,刹车,”,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,DNA,损伤检查点,：,G,1,/S,、,G,2,/M,交界处,DNA,复制检查点：,S/G,2,交界处,纺锤体组装检查点：,M/G,0,交界处,在生物进化过程中，细胞发展出一套保证细胞周期中,DNA,复制和染色体分配质量,的检查机制。,细胞周期检查点,(checkpoint),“,关卡,”,19,G,1,/S,检查点,S/,G,2,期检查点,图,4,细胞周期检查点,细胞凋亡,失败,细胞周期,正常,修复机制,有,问题,成功,探测器,传感器,效应器,(CDK),质量情况,G,2,/M,检查点,M,/G,0,检查点,DNA,损伤,20,P53,图,5 P53,促进,CDI,中的,P21,cip1,表达,21,周期素,(cyclin)“,油门,”,周期素依赖性激酶,(,CDK,)“,引擎,”,周期素依赖性激酶抑制因子,(CDI)“,刹车,”,细胞周期检查点,(checkpoint),“,关卡,”,其它因素,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,泛素,(,ubiquitin,),依赖的蛋白溶解系统,抑癌,基因产物,P53,和,Rb,蛋白,22,细胞外信号对细胞周期的调控,增殖信号促,cyclinD,的,合成及下调,CDI,的合成,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,抑制信号：,增殖信号：肽类生长因子等,23,图,2,不同阶段的,cyclin/CDK,复合物,CDK1/CycB,Cyclin,D,肽类生长因子,Ras/Raf/ERK,(+),24,下调,cyclin,和,CDK,等表达，诱导,CDI,产生,细胞外信号对细胞周期的调控,抑制信号：,TGF-,等,增殖信号：肽类生长因子等,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,25,丝,/,苏氨酸蛋白激酶型受体,Smad2,Smad4,-P,P,-,TGF-,TGF,R,细胞膜,胞浆,胞核,Smad4,Smad2,-P,-P,Smad2,Smad4,P-,P-,TGF-,途径对,细胞增殖,的负调控作用,抑制增殖,抑制,CDK,4,的表达,诱导,CDI,的产生,26,-,Checkpoint,+,驱动机制,检查机制,CDI,Cyclin-CDK,抑制信号,-,+,增殖信号,+,-,-,自 身 调 控,胞外信号,调控,细胞周期调控,27,细胞周期调控异常,细胞增殖过度 细胞增殖缺陷,疾病,驱动机制异常,检查机制障碍,恶性肿瘤,、家族性红细胞增多症、前列腺肥大等,糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等,细胞周期调控异常与疾病,28,细胞增殖过度与肿瘤,肿瘤细胞恶性增殖的机制,细胞周期调控异常与疾病,29,驱动机制,检查机制,CDI,-,checkpoint,CDK4,6/cyclinD,CDK2/cyclinE,CDK2/cyclinA,CDK1/cyclinB,Cyclin-CDK,+,细胞恶性增殖,驱动力增强,检查机制失灵,肿瘤细胞恶性增殖的机制,30,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,细胞增殖过度与肿瘤,基因扩增,cyclinD1,过表达的主要机制,染色体倒位,cyclinD,机制,染色体易位,31,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,CDK,的增多,细胞增殖过度与肿瘤,主要见于,CDK4,和,CDK6,过度表达,32,丝,/,苏氨酸蛋白激酶型受体,Smad2,Smad4P,P,-,TGF-,TGF,R,细胞膜,胞浆,胞核,Smad4,Smad2,-P,-P,Smad2,Smad4,P-,P-,抑制增殖,抑制,CDK,4,的表达,诱导,CDI,的产生,TGF-,途径对,细胞增殖,的负调控作用,33,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,CDK,的增多,CDI,表达不足和突变,细胞增殖过度与肿瘤,34,Ink4,（,-,）,（,-,）,（,-,）,35,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,CDK,的增多,CDI,表达不足和突变,细胞增殖过度与肿瘤,Ink4,失活,:P16,Ink4a,失活等,Kip,含量减少,:,P21,kip1,表达减弱使抑制细胞增殖的作用减弱,P27,kip1,表达降低与肿瘤发生、分化、分级和预后有关,36,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,CDK,的增多,CDI,表达不足和突变,细胞增殖过度与肿瘤,检查点功能障碍,37,G,1,/S,检查点,G,2,/M,检查点,DNA,损伤,细胞阻滞于,G,1,期,细胞凋亡,修复失败,缺陷的,DNA,wt,P53,Kip,表达,Bax,Bcl-2,修复成功,细胞周期,Li-,Fraumeni,癌症综合征,是以乳腺癌为主的癌家族综合征，将近,50,的受累家族成员发生多发性原发性肿瘤，可患有脑瘤，骨肉瘤，横纹肌肉瘤，白血病，肺癌，结肠癌，肾上腺皮质癌等。预期,90%,以上的受累家族成员,70,岁前会发生肿瘤。,38,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,CDK,的增多,CDI,表达不足和突变,检查点功能障碍,细胞增殖过度与肿瘤,G,1,/S,检查点功能障碍,P,53,突变,G,2,/M,检查点功能障碍,39,肿瘤细胞恶性增殖的机制,Cyclin,的过表达,CDK,的增多,CDI,表达不足和突变,检查点功能障碍,恶性增殖,细胞增殖过度与肿瘤,40,细胞增殖缺陷,细胞增殖过度与肿瘤,糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制,P27,过表达,细胞周期调控异常与疾病,CDK4,6/cyclinD,高糖,TGF-,P21,p27,（,-,）,细胞增殖,（,糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等,41,细胞增殖缺陷,细胞增殖过度与肿瘤,糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制,P27,过表达,pRb,低磷酸化,细胞周期调控异常与疾病,CDK4,高糖,TGF-,（,-,）,细胞增殖,（,-,）,pRb,低磷酸化,42,细胞增殖缺陷,细胞增殖过度与肿瘤,细胞周期调控异常与疾病,衰老细胞增殖缺陷的机制,糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制,CDK,和,cyclin,均有异常,CDK-,cyclin,复合物活性降低,CDI,过表达,43,调控细胞周期与疾病的防治,合理利用增殖相关信号,抑制,cyclin,或,/,和,CDK,的表达和活性,提高,CDI,的表达和活性,修复或利用缺陷的细胞周期检查点,上皮生长因子（,EGF,）,Flavopiridol,以肿瘤为例,44,细胞凋亡异常与疾病,概述,细胞凋亡的过程与调控,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常的发生机制,45,概述,细胞凋亡,(,apoptosis),由体内外因素触发细胞内,预存的死亡程序,而导致细胞死亡的过程。,特点：,主动过程,细胞死亡的一种方式,46,表,1,细胞凋亡与细胞坏死的,比校,凋亡 坏死,性质,生理性或病理性,特异性,病理性,非特异性,诱因,较弱刺激，非随机发生,强烈刺激，随机发生,基因调控,有,无,形态变化,47,核固缩或碎裂,凋亡小体形成,(,apoptotsis,body),细胞皱缩,出芽,染色质边集,炎症反应,无炎症反应,Apoptotsis,body,necrosis,Release of intracellular contents,Inflammation,apoptosis,细胞肿胀,细胞结构全面破坏,细胞凋亡与坏死形态学改变的差别,48,细胞凋亡的生化改变,内源性核酸内切酶的激活,DNA,片段化,DNA,双链在核小体,连接区被核酸内切酶切割而断裂成,180-200,bp,或其整倍数的片段。,凋亡,蛋白酶,caspase,的激活,49,核小体,30,nm,染色质的基本结构,DNA,片段长度约为,200,bp,酶,切点,50,细胞凋亡的生化改变,内源性核酸内切酶的激活,DNA,片段化,DNA,双链在核小体,连接区被核酸内切酶切割而断裂成,180-200,bp,或其整倍数的片段。,电泳呈特征性的,“梯”状条带,(ladder pattern),51,“梯”状条带,(ladder pattern),坏死条带,52,细胞凋亡的生化改变,:,内源性核酸内切酶的激活,凋亡,蛋白酶,c,aspase,的激活,灭活凋亡抑制蛋白,分解与细胞骨架构成相关的蛋白,直接作用于细胞结构使之解体,瓦解核结构成核碎片,含半,胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶,(,c,ysteine,-containing,asp,artate,-specific prote,ase,),53,表,1,细胞凋亡与细胞坏死的,比校,凋亡 坏死,性质,生理性或病理性,特异性,病理性,非特异性,诱因,较弱刺激,强烈刺激,凋亡小,体,有,无,基因调控,有,无,形态变化,细胞皱缩，胞膜及细胞器相对完整，核固缩,细胞肿胀 细胞结构全面破坏,主动过程,有新蛋白合成,被动过程,无新蛋白合成,DNA,电泳,DNA,片状不规则，电泳多呈涂抹状,DNA,片段化,电泳呈“梯”状条带,无,有,炎症反应,生化特点,54,细胞凋亡异常与疾病,概述,细胞凋亡的过程与调控,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常的发生机制,55,细胞凋亡的过程与调控,凋亡信号,凋亡信号转导,凋,亡相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,?,56,凋亡信号,生理性凋亡信号,激素或生长因子的直接作用,病理性凋亡信号,激素或生长因子的间接作用,57,诱导性因素,理化因素 射线、化疗药,微生物学因素 细菌、病毒,免疫性因素,抑制性因素,病理性凋亡信号,化学促癌物质,病毒,EB,病毒,58,细胞凋亡的过程与调控,凋亡信号,凋亡信号转导,凋,亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,?,59,细胞凋亡信号的转导,(,transduction,),死亡受体介导的凋亡通路,内质网介导的凋亡通路,线粒体介导的凋亡通路,死亡受体介导的凋亡通路,60,死亡受体,-,是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的膜受体,配体：,TNF-,、,FasL,、,TRAIL,等,死亡受体介导的凋亡通路,61,死亡受体介导的凋亡通路,62,死亡受体介导的凋亡通路,63,Fas,细胞膜,FasL,肿瘤坏死因子受体家族,Caspase-1,降解,H1,组蛋白,DNA,暴露酶切位点,胞外,抗,Fas,抗体、免疫细胞表面的,FasL,及可溶性,FasL,等,神经鞘磷脂酶活性,神经酰胺,激活蛋白激酶,c,aspase,s,级联反应,Ca,2+,信号系统,核酸内切酶,细胞凋亡,64,细胞凋亡信号的转导,(,transduction,),死亡受体介导的凋亡通路,线粒体介导的凋亡通路,由死亡受体非依赖的凋亡信号启动,65,线粒体,内外,膜,间,通透性转换孔,(,PTP),开放,线粒体膜通透性增大,凋亡启动因子释放,细胞凋亡,线粒体跨膜电位,(m),凋亡诱导因素,Ca,2+,、,NO,、,缺血、缺氧及活性氧等,？,线粒体介导的凋亡通路,66,线粒体介导的凋亡通路,Ca,2+,、,NO,、,缺血、缺氧及活性氧等,67,线粒体介导的凋亡通路,Ca,2+,、,NO,、,缺血、缺氧及活性氧等,68,线粒体介导的凋亡通路,Ca,2+,、,NO,、,缺血、缺氧及活性氧等,69,细胞凋亡信号的转导,(,transduction,),死亡受体介导的凋亡通路,内质网介导的凋亡通路,线粒体介导的凋亡通路,70,Ca,2+,、,NO,、,缺血、缺氧及活性氧等,死亡受体通路,线粒体通路,小结,71,细胞凋亡的过程与调控,凋亡信号,凋亡信号转导,凋,亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,?,72,凋亡相关基因的激活,-,凋亡相关基因按预定程序激活执行凋亡所需的各种酶类,内源性核酸内切酶,凋亡蛋白酶,Caspases,组织型转谷氨酰胺酶,需钙蛋白酶,可使肌动蛋白、纤维连接蛋白和粘附蛋白,等交联形成僵硬不溶的蛋白，凋亡小体,参与酶的活化和膜的再塑,73,细胞凋亡的过程与调控,凋亡信号,凋亡信号转导,凋,亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,74,凋亡诱,导因素,信号,转导,启动凋,亡程序,凋亡,双向调控基因,C-,myc,抑制凋亡基因,Bcl-2,Bcl,-XL,-,促进凋亡基因,wtp53,Bax,+,凋亡的调控基因,75,促凋亡基因,wt,P53,细胞凋亡,修复失败,细胞阻滞于,G,1,期,缺陷的,DNA,wt,P53,CIP,表达,修复成功,细胞周期,“分子警察”,?,76,P53,介导的凋亡反应模式,P53,Bax,Bcl-2,Caspase-9,Caspase3,6,7,蛋白溶解,细胞凋亡,Cty,C ATP,Apaf-1,线粒体,Bid,Fas,DRS,Caspase-8,10,衔接子,77,抑制凋亡基因,Bcl-2,抗凋亡,机制,:,抑制促凋亡性调节蛋白,(,Bax等,),抑制,caspases,的激活,抗氧化作用,抑制线粒体释放促凋亡的蛋白,维持细胞钙稳态,即,B,细胞淋巴瘤,/,白血病,-2,基因,(,B,c,ell lymphoma/,l,eukemia-,2,，,Bcl-2,),78,C-,myc,(,癌基因,),对细胞凋亡具有双向调节作用,C-,myc,增,殖,有,GF,凋,亡,无GF,双向,调控基因,79,细胞凋亡的过程与调控,凋亡信号,凋亡信号转导,凋,亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,?,80,凋亡细胞的清除,吞噬细胞受体对凋亡细胞识别,（凋亡细胞有死亡标记）,凝集素：,识别细胞表面糖类,Victronectin,受体：由血小板反应蛋白介导,磷脂酰丝氨酸受体：,磷脂酰丝氨酸,81,凋亡信号,凋亡信号转导,凋亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,小结：,生理性凋亡信号病理性凋亡信号,死亡受体介导的凋亡通路 线粒体介导的凋亡通路 内质网介导的凋亡通路,激活执行凋亡所需的各种酶类,内源性核酸内切酶,凋亡蛋白酶,c,aspase,s,等,吞噬细胞凝集素的作用,血小板反应蛋白介导吞噬,磷脂酰丝氨酸受体的作用,82,细胞凋亡与疾病,概述,细胞凋亡的过程与调控,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常的发生机制,83,细胞凋亡异常发生机制,氧化损伤,钙稳态失衡,线粒体损伤,死亡受体的激活,84,超氧,阴离子（,O,2,-,）,羟自由基（,OH,.,）,过氧化氢（,H,2,O,2,）等,氧化损伤,氧化应激,(,oxidative stress),电离辐射等,氧自由基,生物大分子氧化损伤,细胞凋亡异常发生机制,85,氧化应激致细胞凋亡的机制,:,引起钙稳态失衡及线粒体损伤,促进凋亡基因的表达,激活,Ca,2+,/Mg,2+,依赖的核酸内切酶,损伤,DNA,，激活,P53,基因,脂质过氧化作用损伤细胞膜,86,钙稳态失衡,胞内,Ca,2+,浓度升高,TNF-,抗,CD3,抗体等,激活核酸内切酶,激活谷氨酰胺转移酶,Ca,2+,使,DNA,易被切割,促凋亡基因表达,细胞凋亡,87,Ca,2+NO,、,缺血、缺氧及活性氧等,死亡受体通路,线粒体通路,线粒体损伤,88,凋亡信号转导,凋亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,凋亡细胞的清除,凋亡,诱导因素,(+),细胞凋亡异常发生机制,氧化损伤,钙稳态失衡,线粒体损伤,死亡受体的激活,89,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡不足,细胞凋亡过度,细胞凋亡不足与过度并存,“该死的细胞没死”,“不该死的细胞死了”,90,细胞凋亡不足,肿瘤,“该死的细胞没死”,凋亡,抑制,Bcl-2,基因表达增加,P53,基因,突变或缺失,细胞,癌变,增殖失控,肿瘤形成,91,病毒感染性疾病,细胞凋亡不足,“该死的细胞没死”,肿瘤,凋亡促进基因的,P53,失活,凋亡抑制基因,bcl-2,的过表达,灭活,ICE,痘病毒产生,ICE,的抑制物,92,细胞凋亡过度,心血管疾病,心肌缺血与缺血,-,再灌注损伤,“不该死的细胞死了”,心肌细胞凋亡的可能机制：,氧化应激,缺血缺氧,死亡受体,F,as,表达显著上调,缺氧,P53,基因激活,93,细胞凋亡过度,心血管疾病,心肌缺血与缺血,-,再灌注损伤,心力衰竭,病毒感染,HIV,感染,SARS,冠状病毒感染,神经元退行性疾病,阿尔茨海默,氏病,帕金森氏病等,“不该死的细胞死了”,94,细胞凋亡不足与过度并存,动脉粥样硬化,(,atherosclerosis,AS,),致病因素,血管内皮细胞凋亡过度,平滑肌细胞凋亡相对不足,粥样,硬化灶形成,95,细胞凋亡在疾病防治中的意义,防治思路,凋亡不足,凋亡过度,凋亡,诱导因素,凋亡信号转导,凋亡,相关基因激活,细胞凋亡的执行,诱导细胞凋亡,抑制细胞凋亡,(+),氧化损伤 钙稳态失衡线粒体损伤,(-),(-),96,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,用外源性,TNF,诱导白血病细胞凋亡治疗白血病,用,神经生长因子治疗阿尔茨海默氏病,97,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,干预凋亡信号转导,用阿霉素,刺激肿瘤细胞表达,Fas,，,促使肿瘤细胞凋亡,用环胞霉素,A,阻抑线粒体跨膜电位下降,和防止,PTP,开放防止细胞凋亡,98,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,干预凋亡信号转导,调节凋亡相关基因,向,肿瘤细胞导入野生型,p53,基因，,促使肿瘤细胞凋亡,99,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,干预凋亡信号转导,调节凋亡相关基因,控制凋亡相关的酶,用锌抑制核酸内切酶和,caspases,的活性治疗,AD,和,AIDS,用钙阻滞剂抑制核酸内切酶和,caspases,防治缺血再灌注损伤,100,